存储层次结构

1. 核心解构 (The Kernel)

• 局部性原理 (Locality)：这是整个存储层次存在的理论基础。
  • 时间局部性：刚被访问过的单元，很可能马上又被访问（如循环变量）。
  • 空间局部性：刚被访问过的单元的邻居，很可能马上被访问（如数组元素）。
• 层次金字塔：
  1. 寄存器 (Register)：CPU 内部，最快，容量最小。
  2. Cache (L1/L2/L3)：SRAM，纳秒级，MB 级。
  3. 主存 (Main Memory)：DRAM，几十纳秒，GB 级。
  4. 辅存 (Disk/SSD)：非易失性，毫秒级，TB 级。

2. 性能指标 (Metrics)

• 存取时间 ($T_A$)：读/写一次存储器所需时间。
• 存储周期 ($T_{MC}$)：连续两次访问的最小间隔。注意 $T_{MC}>T_A$（因为电路需要恢复时间）。
• 带宽 (Bandwidth)：单位时间传输的数据量。
• 多模块存储器：
  • 交叉编址 (Interleaving)：低位交叉。连续地址分布在不同模块，允许流水线式并发读取，带宽提升明显。
  • 对比：顺序编址（高位交叉）适合扩容，不适合提升带宽。

术语	核心特征	典型代表
RAM	存取时间固定，与位置无关	内存条
SAM	顺序查找，时间取决于位置	磁带
DAM	随机定位 + 顺序查找	机械硬盘
相联存储器	按内容查找	TLB, Cache Tag
SRAM	触发器存储，快，不用刷新	Cache
DRAM	电容存储，慢，需要刷新	主存
易失性	断电丢数据	RAM
非易失性	断电保数据	ROM, 硬盘

3. 关联链接

• DRAM原理：为什么 DRAM 需要刷新？（电容漏电）。
• SRAM原理：为什么 Cache 用 SRAM？（双稳态触发器，快但贵）。