计算机体系结构，其中存储分为内存与硬盘。内存，非持久化存储，临时存数，断电即失；硬盘，持久化存储，数据长存，即使断电也无忧。

计算机存储种类繁多，分为内部与外部两类。内部存储指设备主板上的存储，如BIOS存储和内存；外部存储则通过协议与主板相连，如机械硬盘、SSD硬盘和光盘等。图1为存储设备分类概览，展现存储技术的丰富多样。

图1 计算存储体系

图1详解：ROM即Read Only Memory，是只读存储设备；RAM即Random Access Memory，支持随机读写。两者各有特性，ROM仅读不写，RAM则读写灵活。

RAM种类繁多，其中SRAM和DRAM最为常见。SRAM，即静态随机访问存储器，是静态RAM的简写；而DRAM，即动态随机访问存储器，即我们常说的内存，属于动态RAM。这两大类别各有特点，共同构成了RAM的丰富体系，满足不同存储需求。

SRAM是CPU缓存的关键组件，尤其常见于L1、L2和L3三级缓存中。不同于我们熟知的DRAM（内存），SRAM以其卓越的速度性能在CPU数据处理中占据重要地位。选择SRAM，意味着选择了更快的数据处理速度。

图2揭示了CPU各级缓存与内存的关联。L1、L2、L3缓存依次增大但速度递减。而相较于缓存，内存容量庞大但速度显著滞后，突显了缓存作为速度桥梁的重要性。

图2 CPU各级缓存与内存的关系

L1缓存速度高达1150GB/s，但容量仅数百KB；L2缓存速度470GB/s，容量数MB；而L3缓存速度约200GB/s，容量达数十MB。不同层级缓存速度与容量各有侧重，优化数据访问效率。

内存位于CPU外部，速度可达数十GB，容量高达TB级别，远超缓存。但内存带宽较低，访问延时显著。更多内存细节将在后续章节详解，本节暂不赘述。

外部存储涵盖硬盘、光盘、磁带等，速度相对较慢。例如，NVMe协议的SSD带宽上限约10GB/s，而机械硬盘带宽仅略高于100MB/s，效率有待提升。

从带宽到访问延时，我们深入探讨了内外部存储性能。图1-26直观展示了存储访问延时的显著差异。CPU缓存延时在1至10纳秒间，其中一级缓存约为1纳秒，二级缓存约4纳秒。这些数据凸显了存储技术的精细与关键，为您在性能优化中提供有力参考。

内存访问虽远超硬盘等外设，但与缓存相比，其延时约100纳秒。若以缓存为火箭速度作比，内存则似普通客机，难以媲美战斗机之速。

固态硬盘访问延时高达16微妙，堪比绿皮火车的速度。机械硬盘更慢，其访问延迟达毫秒级，几乎与马车相当，仅略快于年轻人散步。在数据存储领域，速度差异显著，选择高性能硬盘至关重要。

磁带存储速度极慢，因其无法随机访问，数据定位需频繁倒带，延时高达10秒级。因此，现代企业罕见直接使用磁带存储，多作为冷数据备份之选。

对存储研发人员及开发者而言，掌握存储设备性能金字塔至关重要。如CPU缓存，未考虑缓存同步与多核并发访问，高并发应用性能将受影响，因此理解其机制至关重要。

在存储软件领域，我们运用高速介质如内存作为文件系统元数据与数据的缓存，有效减少对硬盘的访问，显著提升文件系统的整体性能，为用户带来流畅的数据访问体验。

企业级存储系统不仅利用内存缓存元数据与数据，更采用SSD与机械硬盘的混合分层架构。这种设计在不大幅增加成本的前提下，显著提升了系统性能，为用户提供卓越的数据存储体验。

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