1.存储器使用场景

先来看如下这一张图，CPU运行程序的流程如下：

1：假设我现在在电脑上编译了一个hello.c的程序，编译完成后为hello.bin的一个二进制文件，此时这个程序还存储在我们电脑的硬盘上，这个硬盘可能是机械硬盘也可能是固态硬盘，这些都是外存储器。

2：将hello.bin装载进内存，这里的内存就是插在电脑上的内存条，hello.bin包含了cpu要执行的指令和运行所需要的数据。

3：CPU从内存中逐条读取指令及相关指令，然后依次执行完成对数据的处理。

4：将处理结果送回内存保存，然后再将处理结果送到外存储器。

所以其实在CPU运行的过程中主要是分为两类存储器：

内存储器

存取速度快

成本高、容量相对较小

直接与CPU连接，CPU对内存中可直接进行读、写操作

属于易失性存储器(volatile)，用于临时存放正在运行的程序和数据，掉电就没了数据。
外存储器（简称外存或辅存）

– 存取速度慢 – 成本低、容量很大

– 不与CPU直接连接，先传送到内存，然后才能被CPU使用。

– 属于非易失性存储器，用于长久存放系统中几乎所有的信息

这里可能会有个疑问，CPU访问内存的方式是通过地址总线来访问的，CPU是如何访问外存的呢：

CPU访问外部存储器（外存）的方式通常是通过输入输出（I/O）指令和I/O总线来实现的。外存通常指的是硬盘、固态硬盘（SSD）、光盘、磁带等非易失性存储介质。

与内存访问不同，外存的访问速度相对较慢，因此CPU在执行指令时通常不直接与外存进行交互，而是通过操作系统和设备控制器等中间层来实现。以下是CPU访问外存的一般过程：

CPU发送I/O指令：当需要读取或写入外存中的数据时，CPU会发出相应的I/O指令，这些指令通常包括读取（IN）和写入（OUT）操作。

I/O总线传输：CPU将I/O指令发送到I/O总线上。I/O总线是一种特殊的总线，用于传输CPU和外部设备之间的数据和控制信号。

设备控制器响应：I/O总线上连接着各种外部设备控制器，如硬盘控制器或磁带控制器。当设备控制器接收到CPU发送的I/O指令时，它会解析指令并准备执行相应的读取或写入操作。

数据传输：设备控制器根据指令从外存读取数据或将数据写入外存。这个过程涉及到设备控制器与外存之间的数据传输，可能需要通过外存总线或其他特定接口进行。

完成操作：设备控制器完成读取或写入操作后，将状态信息返回给CPU，指示操作是否成功或是否有错误发生。

主存的结构如下：

一个存储单元为一个bit，按字节编址的话一个地址对应的就是8个字节，数据总线读取一个地址的数据就一次性读取8个bit，这8个bit的地址都是一样的

如果CPU的数据总线是64位，则一次性最大可以读取64bit的数据也就是8个字节。

地址线为36位，则可以寻址的范围是0~2^36-1，即主存地址空间为64GB。

2.存储器分类

2.1 RAM

内存（主存，RAM，Random Access Memory）：

主存是CPU直接访问的存储器，用于存储当前执行的程序、数据和临时计算结果。
分类：
- 随机访问存储器（RAM）：包括动态随机访问存储器（DRAM）和静态随机访问存储器（SRAM）。DRAM存储器成本较低，容量较大，但读写速度相对较慢；SRAM存储器读写速度快，但成本较高。
- 缓存（Cache）：用于在CPU和主存之间提供快速数据访问，减少CPU等待数据的时间。根据接近CPU的级别不同，可以分为一级缓存（L1 Cache）、二级缓存（L2 Cache）等多级别缓存。
应用场景：
- 执行指令和存储数据：CPU从内存中读取指令和数据进行运算和处理。
- 运行操作系统和应用程序：操作系统和应用程序加载到内存中运行，提供计算、存储和交互功能。

2.2 ROM

ROM是只读存储器（Read-Only Memory）的缩写，它是一种用于存储固定数据的存储器类型。与可写的存储器（如RAM）不同，ROM中的数据在制造或编程之后就无法被修改。

以下是一些关键特点和应用场景，以帮助更好理解ROM：

特点：

只读性质：ROM中的数据在制造或编程之后就无法被修改或擦除。
非易失性：与RAM不同，ROM中的数据在断电或重新启动后仍然保持不变。
持久存储：ROM用于存储固定的数据，如固件、引导程序、不经常更改的配置信息等。

应用场景：

固件：ROM常用于存储计算机系统或电子设备的固件，包括BIOS（基本输入/输出系统）、固件程序和引导加载器等。
引导程序：计算机启动时，ROM中的引导程序负责初始化硬件和加载操作系统。
芯片固化数据：ROM用于存储芯片的校准数据、配置信息和厂商特定的数据，以便在设备制造后使用。
只读存储媒体：一些光盘和芯片类型，如CD-ROM、DVD-ROM、Blu-ray Disc、EPROM（可擦除可编程只读存储器）等，被设计为只读存储介质。

需要注意的是，不同类型的ROM可以具有不同的特性。例如，EPROM是一种可擦除可编程只读存储器，允许通过特殊操作将其中的数据擦除并重新编程，而普通的ROM则不具备这种功能。此外，还有一些衍生类型的ROM，如EEPROM（可擦除可编程只读存储器）、Flash存储器等，它们具有一定的可擦除和可重新编程的能力。

2.3 储存器功能分类

寄存器(Register)
- 封装在CPU内，用于存放当前正在执行的指令和使用的数据
- 用触发器实现，速度快，容量小（几~几十个）
高速缓存(Cache)
位于CPU内部或附近，用来存放当前要执行的局部程序段和数据
-用SRAM实现，速度可与CPU匹配，容量小（几MB）
内存储器MM（主存储器Main (Primary) Memory）
- 位于CPU之外，用来存放已被启动的程序及所用的数据
- 用DRAM实现，速度较快，容量较大（几GB）
外存储器AM (辅助存储器Auxiliary / Secondary Storage)
- 位于主机之外，用来存放暂不运行的程序、数据或存档文件
- 用磁盘、SSD等实现，容量大而速度慢