内存、存储和缓存之间有什么区别

第一代 iPhone 于 2007 年推出，拥有 4GB 至 8GB 的​​存储空间，用于保存照片和音乐等所有文件。如今，您可以选择具有 512GB 存储空间的 Android 智能手机，比初代 iPhone 多 64 倍。

在科技领域，16 年就是几个世纪。但这还不是故事的全部。例如，内存和存储具有相似的功能（保护位和字节），但工作方式不同。

内存、存储和缓存之间有什么区别？

人们将“内存”和“存储”作为同义词使用。这是有道理的，但仍然是错误的。相似性是显而易见的；两者都保存数据并以字节为单位，但用法不同。

存储专注于长期、良好的存储。文件保存在那里，不受干扰，直到需要为止。而内存（随机存取存储器——RAM）则是计算机需要快速访问的数据。例如，正在使用的文件、与打开的应用程序相关的数据以及重要的操作系统文件都保存在系统内存中。这是因为内存比存储更快。不幸的是，它也更昂贵，因此 RAM 容量比存储容量小。

但我们有点超前了。让我们详细解释每一项。

CPU高速缓冲存储器

RAM 代表随机存取存储器。如上所述，这是存储数据以便于访问的地方。

然而，高速缓存是在 20 世纪 80 年代创建的，因为当时内存速度不够快。高速缓存的工作原理与 RAM 类似，但速度更快。它位于速度图表的顶部，并直接集成到计算机所围绕的中央处理单元 (CPU) 中。

缓存速度极快，但成本甚至比 RAM 还要高。它的微小容量表明了这一点。例如，现在大多数计算机都有大约 8-32GB RAM。相比之下，最快的 L1 缓存通常具有数千字节的存储空间，而 L3 缓存（最大）最多可达数十兆字节（尽管某些 CPU 现在的 L3 缓存容量达到数百兆字节）。

随机存取存储器 (RAM)

存储的文件在打开时会被复制到 RAM。当前正在运行的应用程序和操作系统的某些部分也保存在那里。RAM 诞生于 20 世纪 40 年代末左右，允许以任意顺序存储和检索数据，因此得名“随机”。RAM 是“易失性存储”。当设备关闭并且电流停止流动时，其内容将被擦除。

RAM 也有很多种类型。

内存

自 20 世纪 90 年代起，计算机就开始使用同步动态 RAM (SDRAM)。这就是有人说“这台计算机有 16GB RAM”时的意思。

现在许多设备使用 DDR5 RAM（双倍数据速率第五代内存——撰写本文时的最新版本）作为 SDRAM。然而，它仍然很昂贵，因此 DDR4 仍然是主流。您甚至会在较旧的计算机和手机中找到较旧的 DDR3 模块。

内存模块有两种尺寸：适用于台式机的 DIMM 和适用于笔记本电脑和小型计算机的 SODIMM。最近，有人为笔记本电脑提出了一种新的外形尺寸 CAMM。CAMM 比 SODIMM 有优势，但尚未成为广泛的标准。

现在，SDRAM 通常有两种类型：模块型或焊接型。外形尺寸不同，但它们的工作原理相同。

焊接 RAM 用于智能手机、平板电脑和某些笔记本电脑。现代苹果电脑也使用焊接 RAM，因为它可以提高性能。采用焊接 RAM 的笔记本电脑可能有一个或多个内存插槽以供将来扩展，但情况通常并非如此。仅使用焊接 RAM 的计算机无法升级。它们通常可以在购买时进行定制，但以后无法扩展。

视频 RAM (VRAM)

有时数据需要比 SDRAM 更快的速度，但它的意义不仅仅在于缓存容量。最常见的例子是图形密集型任务——繁重的游戏、视频编辑或 3D 建模。

这些需要恰当命名的视频 RAM (VRAM)。GDDR6X 是目前最快的类型，速度比 DDR5 快 20 倍。它还焊接到 GPU 中，确保更低的延迟。不幸的是，您不能只购买更多的 VRAM，因为它焊接在独立显卡上，而不是作为模块出售。

集成 GPU (iGPU) 也很常见。它们集成到 CPU 中，并具有少量的专用 VRAM（兆字节与专用 GPU 的千兆字节）。集成GPU使用统一内存，即CPU和iGPU之间共享的SDRAM。CPU 定义了可用于图形的 RAM 量，并在需要时收回一些。统一内存的缺点是带宽和容量较低。

非易失性 RAM (NVRAM)

我们说过 RAM 是易失性的，对吗？但有一个用词不当：非易失性 RAM (NVRAM)。它创建于 20 世纪 60 年代，与易失性 RAM 相比有缺点，因此后者更受欢迎。

最近“成功”的 NVRAM 是英特尔和美光的 Optane。Optane 看起来像（有时甚至作为）更快的 PCIe SSD，充当具有特定 Intel CPU 的 RAM。它的速度不如 SDRAM，价格和容量也介于两者之间。制造商将于 2021 年停止使用傲腾。

广泛使用的 NVRAM 有两种（也许是一种半）非常特殊的类型。第一个与现代主板中的 UEFI一起使用（UEFI 取代了旧的 BIOS）。UEFI 设置保存在 NVRAM 中，因为它会在任何存储可用之前加载。UEFI 本身存储在 ROM 芯片中——稍后将详细介绍。

“半”类型是易失性 RAM，使用电池在设备关闭时保持供电。这用于保存更简单的任务所需的少量数据。仍然使用较旧 BIOS 的主板使用此功能。使用卡带和/或存储卡的老式游戏机使用易失性 RAM 和电池来存储保存文件。

只读存储器 (ROM)

这些游戏卡带存储在 ROM 芯片上，UEFI 和 BIOS 也是如此。任何不可重写光盘（例如蓝光光盘）也是 ROM 的一种。

但是，制造商有时会发布 UEFI 更新。那么如果它们是可写的，那么它们如何“只读”呢？

这些是电可擦除 ROM (EEPROM)。EEPROM 的更新是通过非常缓慢且仔细的过程完成的。这是因为 UEFI 或 BIOS 更新出错可能会损坏您的主板。

普通的ROM也需要写入。同样，细节取决于媒体。例如，光学ROM只能写入一次，而ROM芯片需要工业机械，然后就变成只读的。可编程 ROM (PROM) 可由较便宜的设备写入，在爱好者中很常见。

计算机存储：从纸板到云

如前所述，存储可以长期保存数据。第一台计算机为此使用了穿孔纸板。它们包含计算机程序，必须用机器可读的二进制代码小心地刺穿——这绝对不方便用户使用。

磁存储

计算机存储的第一次大规模发展发生在 20 世纪 50 年代，当时磁带被用来保存大量数据。

磁存储是一个好主意，因此硬盘就建立在它的基础上。从 20 世纪 60 年代至今，硬盘驱动器 (HDD) 一直是计算机存储的主要类型。但即使是最好的硬盘也需要移动部件，从而使设备容易损坏并影响速度。

固态硬盘 (SSD) 等闪存可以解决这两个问题。这种类型的存储由硅芯片制成，如 RAM，以电方式读取和写入数据。

外部存储：移动数据

所有这些媒体都称为内部存储：保存在计算机内部且仅在计算机内使用的内容。但每个人都需要时不时地将数据带到某个地方。

外部存储实际上与计算机本身一样古老。穿孔卡被插入插槽中，因此技术上可移动存储。磁带可以存储永久数据，但硬盘驱动器随后出现，并且性能要好得多。由于磁带制造成本较低且体积较小，因此作为外部介质而流行。

首先，它被软盘取代。下一步应该是光驱，但可重写版本太贵了。

因此，客户迅速转向闪存。拇指驱动器和外部 HDD 或 SSD — 与内部同类产品相同，但具有 USB。

云存储正在取代闪存作为外部介质。但是，由于它需要持续的互联网连接，因此它不会完全取代便携式外部存储。

备份存储

最后，还有备份存储。它的工作原理与任何其他存储类型一样——介质是相同的。区别在于意图：备份是一种故障保护。

内部备份（当内部存储是两个或更多磁盘实时复制时）并未被大多数人广泛使用，但对企业来说至关重要。外部备份，例如 USB HDD 或 SSD、网络附加存储 (NAS)，甚至云解决方案，更为常见。

需要大量备份冗余的公司通常会采用“冷备份”。这种情况发生的频率较低，并且存储设备在不使用时会与计算机断开连接。奇怪的是，用于“灾难恢复”的磁带至今仍然很常见。

缓存、存储和内存都扮演着不同的角色

缓存、内存和存储在保持计算机运行方面都发挥着不同但至关重要的作用。将来，我们可能会看到所有这些存储器类型的容量都会增加，对此的研究是一个竞争激烈的领域。