江苏龙网

  1. 首页 > 人文 > >

知道硬盘很慢，没想到比CPU Cache慢10000000倍

作者丨小林coding
前言大家如果想自己组装电脑的话 ， 肯定需要购买一个 CPU ， 但是存储器方面的设备 ， 分类比较多 ， 那我们肯定不能只买一种存储器 ， 比如你除了要买内存 ， 还要买硬盘 ， 而针对硬盘我们还可以选择是固态硬盘还是机械硬盘 。
相信大家都知道内存和硬盘都属于计算机的存储设备 ， 断电后内存的数据是会丢失的 ， 而硬盘则不会 ， 因为硬盘是持久化存储设备 ， 同时也是一个 I/O 设备 。
但其实 CPU 内部也有存储数据的组件 ， 这个应该比较少人注意到 ， 比如寄存器、CPU L1/L2/L3 Cache 也都是属于存储设备 ， 只不过它们能存储的数据非常小 ， 但是它们因为靠近 CPU 核心 ， 所以访问速度都非常快 ， 快过硬盘好几个数量级别 。
问题来了 ， 那机械硬盘、固态硬盘、内存这三个存储器 ， 到底和 CPU L1 Cache 相比速度差多少倍呢？
在回答这个问题之前 ， 我们先来看看「存储器的层次结构」 ， 好让我们对存储器设备有一个整体的认识 。
知道硬盘很慢，没想到比CPU Cache慢10000000倍文章插图
正文存储器的层次结构我们想象中一个场景 ， 大学期末准备考试了 ， 你前去图书馆临时抱佛脚 。 那么 ， 在看书的时候 ， 我们的大脑会思考问题 ， 也会记忆知识点 ， 另外我们通常也会把常用的书放在自己的桌子上 ， 当我们要找一本不常用的书 ， 则会去图书馆的书架找 。
就是这么一个小小的场景 ， 已经把计算机的存储结构基本都涵盖了 。
我们可以把 CPU 比喻成我们的大脑 ， 大脑正在思考的东西 ， 就好比 CPU 中的寄存器 ， 处理速度是最快的 ， 但是能存储的数据也是最少的 ， 毕竟我们也不能一下同时思考太多的事情 ， 除非你练过 。
我们大脑中的记忆 ， 就好比 CPU Cache ， 中文称为 CPU 高速缓存 ， 处理速度相比寄存器慢了一点 ， 但是能存储的数据也稍微多了一些 。
CPU Cache 通常会分为 L1、L2、L3 三层 ， 其中 L1 Cache 通常分成「数据缓存」和「指令缓存」 ， L1 是距离 CPU 最近的 ， 因此它比 L2、L3 的读写速度都快、存储空间都小 。 我们大脑中短期记忆 ， 就好比 L1 Cache ， 而长期记忆就好比 L2/L3 Cache 。
寄存器和 CPU Cache 都是在 CPU 内部 ， 跟 CPU 挨着很近 ， 因此它们的读写速度都相当的快 ， 但是能存储的数据很少 ， 毕竟 CPU 就这么丁点大 。
知道 CPU 内部的存储器的层次分布 ， 我们放眼看看 CPU 外部的存储器 。
当我们大脑记忆中没有资料的时候 ， 可以从书桌或书架上拿书来阅读 ， 那我们桌子上的书 ， 就好比内存 ， 我们虽然可以一伸手就可以拿到 ， 但读写速度肯定远慢于寄存器 ， 那图书馆书架上的书 ， 就好比硬盘 ， 能存储的数据非常大 ， 但是读写速度相比内存差好几个数量级 ， 更别说跟寄存器的差距了 。
知道硬盘很慢，没想到比CPU Cache慢10000000倍文章插图
我们从图书馆书架取书 ， 把书放到桌子上 ， 再阅读书 ， 我们大脑就会记忆知识点 ， 然后再经过大脑思考 ， 这一系列过程相当于 ， 数据从硬盘加载到内存 ， 再从内存加载到 CPU 的寄存器和 Cache 中 ， 然后再通过 CPU 进行处理和计算 。
对于存储器 ， 它的速度越快、能耗会越高、而且材料的成本也是越贵的 ， 以至于速度快的存储器的容量都比较小 。
CPU 里的寄存器和 Cache ， 是整个计算机存储器中价格最贵的 ， 虽然存储空间很小 ， 但是读写速度是极快的 ， 而相对比较便宜的内存和硬盘 ， 速度肯定比不上 CPU 内部的存储器 ， 但是能弥补存储空间的不足 。
存储器通常可以分为这么几个级别：
知道硬盘很慢，没想到比CPU Cache慢10000000倍文章插图


推荐阅读


上一篇：请收下这幅美丽的约塞米蒂国家公园壁纸

下一篇：通过新iPhone看待为何升级到5G是在浪费钱