1.2.1 存储的金字塔结构

计算机的运行，是一场声势浩荡的数据迁徙。“比特们”以字节（byte）为一组，以成千（KiB）上兆（MiB）之流，汇吉（GiB）太（TiB）之汪洋。它们随着周期性的电压起伏，排着队从某个存储器中“泵出”，经过主板上“阡陌纵横”的电路，注入另一个存储器。

计算机运行时，操作系统从外存“苏醒”，“进驻”内存开始工作，它“指挥”着CPU从外存获取需要的数据，“途经”内存，有时也“路过”缓存（Cache），抵达寄存器进行处理，并让结果沿原路返回至外存，如图1.16所示。

图1.16　数据的“旅程”

CPU中的缓存常被称为高速缓存，不同于容量只有一个内存“抽屉”的寄存器，它能容下许多“抽屉”的内容。有了缓存，CPU可以成片成片地从内存中读写数据，由于在存储空间上，下一条要处理的数据往往与上一条是紧挨着的，这种做法可以大大加快CPU与内存之间数据交换速度。

数据的“旅程”之所以这么“坎坷”，原因在于CPU的速度太快，唯一能跟上它的寄存器又价格高昂、容量小，而成本更低的存储器可以提供更大的容量，但它们的速度又一个比一个慢。这是权衡速度、成本和容量的结果。

由此，计算机中的存储体系出现了森严的等级制度，内存和它的上下级们形成了如图1.17所示的金字塔结构。越靠近塔顶的存储器读写速度越快，相应的，制造成本也越高；越靠近塔底的存储器读写速度越慢，但容量也越大。最底层的存储器包括用于海量数据备份的磁带，以及方便移动的U盘、移动硬盘、光盘等，它们的共同特征是长期脱离计算机，仅在需要时接入计算机，因而被人们称为离线存储器。

图1.17　存储的金字塔结构

如果把数据比作食材，CPU中控制器和运算器就是“大厨”，寄存器是“锅”，缓存是摆在灶台上的“餐盘”，内存是搁在水池边的“篮子”，外存是家里的“冰箱”，离线存储器就是“菜市场”。

目前，在这一金字塔中，内存及以上的存储器为速度牺牲了自持数据的能力，数据只临时存在于它们身上，一旦断电就“灰飞烟灭”，因而又被称为易失性存储器；而内存以下的存储器是非易失的，保持数据不依赖于外部供电。