存储器 — 导航

这页先解决三个问题：数据通常放在哪、为什么要分层、为什么硬盘会比内存慢很多。

如果只想先建立整体印象，就顺着这页往下看；如果对某一层特别感兴趣，再点进对应专题。

🔗 一眼看懂存储器

一台计算机不会只靠一种存储器工作。CPU 处理数据时，最希望数据就在自己身边，但越快的存储器通常越贵、容量也越小，所以实际机器只能把不同速度、不同容量、不同成本的存储器组合起来用。

从 CPU 往外看，常见顺序是：寄存器 → CPU Cache → 内存 → SSD/HDD 硬盘。通常越靠近 CPU，访问越快、容量越小、单位成本越高；越远离 CPU，访问越慢、容量越大、单位成本越低。

寄存器是离 CPU 最近的一层，处理速度最快，但数量非常少。CPU 正在算的那个数据，往往就先放在这里。

CPU Cache 是寄存器外面的高速缓冲层，主要负责把“很快就要再用到的数据”提前留在 CPU 附近。这里不只有 L1、L2、L3 分层，还包括 Cache Line、命中与未命中、映射方式、局部性这些核心机制。

[→ 点进 CPU Cache](CPU Cache.md)

如果你想继续看多核下怎么保证各核心缓存不打架，看这里：

内存是 CPU 外部最重要的工作区。程序运行时，代码和数据通常先放在内存里，CPU 再从内存把热点数据搬进 Cache。

硬盘负责长期保存大量数据，断电后内容也不会丢。它容量大、价格低，但访问速度远慢于内存，更不用说寄存器和 Cache。

CPU 一般不会直接跨好几层去拿数据，而是按层次逐级取用。粗略理解就是：数据先长期放在硬盘，需要运行时装进内存，CPU 真的要用时再把热点数据搬进 Cache，最后进入寄存器参与运算。

如果你想专门看“为什么会形成这种一层层的结构、CPU 访问数据时会按什么顺序找”，看这里：

寄存器、L1 Cache、内存、SSD、机械硬盘之间的延时差距，往往跨越多个数量级。这种差距决定了：只要数据没能留在更靠上的那一层，程序体感性能就会迅速下降。

如果你想单独看不同层之间的大致延时、价格和数量级差异，看这里：