大容量儲存(mass storage)
想想你此刻攤在桌上的文件,和靠牆那座檔案櫃之間的差別。桌子小而隨手可取,但你下班回家後上面的東西都會被清空。檔案櫃大、翻找起來慢,卻能在你離開一整年時仍替你保管檔案。電腦也有同樣的分工:RAM 是桌面,而大容量儲存就是那座櫃子。大容量儲存是又大、又慢、又便宜的那一層,即使斷電也記得你的資料。
具體來說,大容量儲存(又稱次級儲存)在機器關機時保存程式、檔案,以及作業系統本身,而且它能存的遠比 RAM 多——以 TB 對 GB。兩種常見的裝置是硬碟(HDD),它把位元以磁性圖樣存在旋轉的磁片上;以及固態硬碟(SSD),它把位元存在快閃記憶體晶片中、沒有任何活動零件。兩者共有的關鍵特性是非揮發性:拔掉電源,資料還在。關鍵的限制則是速度——即使是快速的 SSD 也遠慢於 RAM,而硬碟又更慢。因為 CPU 只能從 RAM 執行程式碼和讀取運算元,所以大容量儲存上的任何東西都必須先被複製進主記憶體,程式才能使用它。
為什麼重要:作業系統在儲存與檔案系統領域所做的幾乎一切,都建立在這一層上。持久性(你的檔案在重開機後依然存在)就住在這裡;置換空間也是,作業系統會把無法留在 RAM 裡的記憶體頁面停放在那裡。不要把大容量儲存和主記憶體混為一談:RAM 是 CPU 直接執行所用、會揮發的工作空間,而大容量儲存是 CPU 無法直接從中執行的持久後備儲存。整個儲存階層正是為了橋接這道鴻溝而建立的。
當你儲存一份文件並關機時,那些位元組不會留在 RAM 裡(RAM 一斷電就失去一切)——它們會被寫進大容量儲存,例如一顆 1 TB 的 SSD 或硬碟。明天你開機,作業系統再把它們從儲存讀回 RAM,你就能繼續編輯。
大容量儲存能跨越斷電保住資料;RAM 不行。
非揮發性不代表堅不可摧或永恆不滅——硬碟會機械故障,而快閃記憶體單元在寫入有限次數後會磨損。持久性指的是能熬過斷電,而不是能永遠保存。