先想象中一個場景，大學期末準備考試了，你前去圖書館臨時抱佛腳。那麼，在看書的時候，我們的大腦會思考問題，也會記憶知識點，另外我們通常也會把常用的書放在自己的桌子上，當我們要找一本不常用的書，則會去圖書館的書架找。就是這麼一個小小的場景，已經把計算機的存儲結構基本都涵蓋了。
我們可以把 CPU 比喻成我們的大腦，大腦正在思考的東西，就好比 CPU 中的寄存器，處理速度是最快的，但是能存儲的資料也是最少的，畢竟我們也不能一下同時思考太多的事情，除非你練過。大腦中的記憶，就好比 CPU Cache，中文稱為 CPU 高速緩存，處理速度相比寄存器慢了一點，但是能存儲的資料也稍微多了一些。CPU Cache 通常會分為 L1、L2、L3 三層，其中 L1 Cache 通常分成「資料緩存」和「指令緩存」，L1 是距離 CPU 最近的，是以它比 L2、L3 的讀寫速度都快、存儲空間都小。我們大腦中短期記憶，就好比 L1 Cache，而長期記憶就好比 L2/L3 Cache。
說明：寄存器和 CPU Cache 都是在 CPU 内部，跟 CPU 挨着很近，是以它們的讀寫速度都相當的快，但是能存儲的資料很少。
當我們大腦記憶中沒有資料的時候，可以從書桌或書架上拿書來閱讀，那我們桌子上的書，就好比記憶體，我們雖然可以一伸手就可以拿到，但讀寫速度肯定遠慢于寄存器，那圖書館書架上的書，就好比硬碟，能存儲的資料非常大，但是讀寫速度相比記憶體差好幾個數量級，更别說跟寄存器的差距了。
從圖書館書架取書，把書放到桌子上，再閱讀書，我們大腦就會記憶知識點，然後再經過大腦思考，這一系列過程相當于，資料從硬碟加載到記憶體，再從記憶體加載到 CPU 的寄存器和 Cache 中，然後再通過 CPU 進行處理和計算。
對于存儲器，它的速度越快、能耗會越高、而且材料的成本也是越貴的，以至于速度快的存儲器的容量都比較小。
CPU 裡的寄存器和 Cache，是整個計算機存儲器中價格最貴的，雖然存儲空間很小，但是讀寫速度是極快的，而相對比較便宜的記憶體和硬碟，速度肯定比不上 CPU 内部的存儲器，但是能彌補存儲空間的不足。
1、寄存器
最靠近 CPU 的控制單元和邏輯計算單元的存儲器，就是寄存器了，它使用的材料速度也是最快的，是以價格也是最貴的，那麼數量不能很多。
存儲器的數量通常在幾十到幾百之間，每個寄存器可以用來存儲一定的位元組（byte）的資料。比如：
- 32 位 CPU 中大多數寄存器可以存儲
4
- 64 位 CPU 中大多數寄存器可以存儲
8
寄存器的通路速度非常快，一般要求在半個 CPU 時鐘周期内完成讀寫，CPU 時鐘周期跟 CPU 主頻息息相關，比如 2 GHz 主頻的 CPU，那麼它的時鐘周期就是 1/2G，也就是 0.5ns（納秒）。
CPU 處理一條指令的時候，除了讀寫寄存器，還需要解碼指令、控制指令執行和計算。如果寄存器的速度太慢，則會拉長指令的處理周期，進而給使用者的感覺，就是電腦「很慢」。
2、CPU Cache
CPU Cache 用的是一種叫 SRAM（Static Random-Access Memory，靜态随機存儲器） 的晶片。
SRAM 之是以叫「靜态」存儲器，是因為隻要有電，資料就可以保持存在，而一旦斷電，資料就會丢失了。
在 SRAM 裡面，一個 bit 的資料，通常需要 6 個半導體，是以 SRAM 的存儲密度不高，同樣的實體空間下，能存儲的資料是有限的，不過也因為 SRAM 的電路簡單，是以通路速度非常快。
CPU 的高速緩存，通常可以分為 L1、L2、L3 這樣的三層高速緩存，也稱為一級緩存、二級緩存、三級緩存。
L1 高速緩存
L1 高速緩存的通路速度幾乎和寄存器一樣快，通常隻需要
2~4
個時鐘周期，而大小在幾十 KB 到幾百 KB 不等。
每個 CPU 核心都有一塊屬于自己的 L1 高速緩存，指令和資料在 L1 是分開存放的，是以 L1 高速緩存通常分成指令緩存和資料緩存。
在 Linux 系統，我們可以通過這條指令，檢視 CPU 裡的 L1 Cache 「資料」緩存的容量大小：
$ cat /sys/devices/system/cpu/cpu0/cache/index0/size
32K 而檢視 L1 Cache 「指令」緩存的容量大小，則是：
$ cat /sys/devices/system/cpu/cpu0/cache/index1/size
32K L2 高速緩存
L2 高速緩存同樣每個 CPU 核心都有，但是 L2 高速緩存位置比 L1 高速緩存距離 CPU 核心 更遠，它大小比 L1 高速緩存更大，CPU 型号不同大小也就不同，通常大小在幾百 KB 到幾 MB 不等，通路速度則更慢，速度在
10~20
個時鐘周期。
在 Linux 系統，我們可以通過這條指令，檢視 CPU 裡的 L2 Cache 的容量大小：
$ cat /sys/devices/system/cpu/cpu0/cache/index2/size
256K L3 高速緩存
L3 高速緩存通常是多個 CPU 核心共用的，位置比 L2 高速緩存距離 CPU 核心 更遠，大小也會更大些，通常大小在幾 MB 到幾十 MB 不等，具體值根據 CPU 型号而定。
通路速度相對也比較慢一些，通路速度在
20~60
個時鐘周期。
在 Linux 系統，我們可以通過這條指令，檢視 CPU 裡的 L3 Cache 的容量大小：
$ cat /sys/devices/system/cpu/cpu0/cache/index3/size
3072K 3、記憶體
記憶體用的晶片和 CPU Cache 有所不同，它使用的是一種叫作 DRAM （Dynamic Random Access Memory，動态随機存取存儲器） 的晶片。
相比 SRAM，DRAM 的密度更高，功耗更低，有更大的容量，而且造價比 SRAM 晶片便宜很多。
DRAM 存儲一個 bit 資料，隻需要一個半導體和一個電容就能存儲，但是因為資料會被存儲在電容裡，電容會不斷漏電，是以需要「定時重新整理」電容，才能保證資料不會被丢失，這就是 DRAM 之是以被稱為「動态」存儲器的原因，隻有不斷重新整理，資料才能被存儲起來。
DRAM 的資料通路電路和重新整理電路都比 SRAM 更複雜，是以通路的速度會更慢，記憶體速度大概在
200~300
個 時鐘周期之間。