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C语言探索之旅 | 第一部分第四课：变量的世界（一），内存那档事

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作者谢恩铭，慕课网精英讲师 Oscar老师。
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内容简介

前言
不同类型的存储器
内存
第一部分第五课预告

1. 前言

经过上一课 C语言探索之旅 | 第一部分第三课：你的第一个程序，我们已经知道怎么在屏幕上显示文字了。

暂时我们也就只能做这么多了。而这是正常的，因为我们还没学习很重要的编程知识：变量。

变量相关的知识点比较多，我们会分为几课来学习：

内存那档事；
声明变量；
显示变量内容和提取输入内容。

这一课我们学习电脑内存的知识。

每一个正常人都有记忆，我们的老朋友电脑也不例外，只不过它比我们“厉害”，它的记忆（存储器）有好几种。

为什么电脑要有好几种存储器呢？单单一种还不够吗？

不够：主要问题是我们想要电脑有一个既快捷（能够很快提取信息）又容量大（能够存储很多数据）的存储器。

然而，你会哑然失笑，因为目前我们还没有一种兼具快捷和大容量两种特性的存储器。更准确地说，高速存储器太贵，所以容量只能低一点。

因此，我们只能给电脑配备：

或者是很高速但是低容量的存储器；
或者是大容量但是低速的存储器。

2. 不同类型的存储器

以下列出电脑的存储器类型，从速度最快到速度最慢排序：

寄存器（Register）：位于处理器（Processor）上，存取速度非常快（因为“近水楼台先得月”）。
高速缓存（Cache）：用于链接寄存器和内存。
内存（Memory）：这是我们编程时最常打交道的存储器，也是平时我们买电脑时很关心的数据之一。
硬盘（Hard Disk）：你肯定不陌生，就是平时 Windows 电脑里的 C 盘，D 盘之类的（当然还有很多其他类型的硬盘，比如 U 盘，EEPROM，等），我们在里面存储文件，照片，视频，等。

正如上面所说，我们这里把存储器从最快（寄存器）到最慢（硬盘）做了分类。你应该可以推断出寄存器相比硬盘来说，容量要小很多。

寄存器只能存储少量的数据，而硬盘则可以存储大量的数据。

当我们说一个存储器慢的时候，其实是相对电脑的处理速度而言的。

读取硬盘大概要耗费 8 毫秒，对于一台电脑来说那已经很慢了（现在普通的家用电脑的运算速度都已经可以达到每秒几十亿次了，1 GHz 对应每秒 10 亿次；如果你的电脑主频是 2.5 GHz，那运算速度就是每秒 25 亿次；现在家用的双核电脑通常都能达到每秒 50 亿次运算（5 GHz）左右的水平）。

上面所说的内容，我们需要掌握什么呢？

事实上，只需要关心一部分就够了。要知道在编程时，我们基本上只和内存打交道。我们在之后的课程中也会学习如何读写硬盘，在硬盘上创建文件。至于寄存器和高速缓存，我们基本不关心，这是电脑的事。

当然，在一些很底层的语言中，比如汇编语言（Assembly，简称 ASM），我们经常会用到寄存器。

我以前学生时代跟着王爽老师的《汇编语言》第二版学习了汇编，那本书写得挺好。

但是我想说的是，用汇编哪怕只是做个乘法，也是很不容易的。幸运的是，在 C语言（或其他大部分语言）中做乘法很简单。

还要记住一个很重要的知识点：上述四种存储器类型中，只有硬盘是可以永久保存数据的。其他的存储器（寄存器，高速缓存，内存）都是暂时性的存储器：当你关闭电脑时，这些存储器会被清空。

幸好，当你重新开启电脑时，硬盘里的数据始终存在，所以你的电脑还知道自己姓甚名谁。

3. 内存

既然我们以后的大部分时间都要跟内存打交道，那岂能不来认识认识这位朋友呢？

我们用变焦镜头的形式慢慢道来。

一开始看到的是我们的电脑工作环境的整体图片：

上图中的鼠标，键盘，显示屏，你应该都不陌生吧，还有右边那个大家伙：主机箱。

我们关心的是主机箱，因为我们的内存在这里面。

当然，我们的硬盘，寄存器和高度缓存也都在这个主机箱里。

我们来开盖看看里面的内容吧：

看上去有点凌乱，不过不用担心，我们并不需要知道各部分的功能，我们只需要关心我们这一章的主角：内存。

它在哪呢？聪明如你可能已经发现了，我用红色框标识的那个区域就是内存所在。

我并没有标出其他两种存储器：高速缓存和寄存器，因为它们实在太小了，不容易看到。

下图就是内存条的样子：

内存也经常被称为 RAM，是 Random Access Memory（随机存取存储器）的缩写。所以之后的课程我们有时也会用 RAM 来称呼内存。

内存图示

从外观上，即使我们用显微镜来看内存条，也看不出个所以然来。我们关心的是它内部的运作机制。

下面是一张内存机制的图示：

很精简是吧，因为我们不需要知道太多细节。不然我们可能会被告知：“你，你知道得太多了”。然后… 就没有然后了…

如果你能了解清楚上图，暂时也已经足够了。

如你所见，上图中我们关心两列：

左边一列是地址：内存地址是一个数，能够让电脑在内存里定位，地址从 0 开始，到 3448765900126 结束。这里只是举个例子，我并不知道这个内存里有多少地址（不一定是到 3448765900126 结束），每个内存条的容量是不同的。一般来说，内存条容量越大，地址数就越多，储存的信息也越多。
右边一列是值（数字）：每一个内存地址都储存一个数值，以便电脑之后使用，而且每个地址只能存储一个值。

我们的内存只能存储数字。

那你要问了，内存里怎么存储一个英语单词呢？

好问题。事实上，对于电脑来说，字母也是以数字的形式呈现。一句话就是一连串的数字。

有一张表储存了数字和字母的对应关系，这张表被称为“ASCII 码表”。举个例子，数字 67 对应大写的字母 C。

我们暂时不深究 ASCII 码表，之后的课程会再次提到。

所以上图其实不难理解，如果我们要在内存中储存一个数，比如 5，内存会看看哪个地址是可用的，然后在里面（比如地址 35487412）储存 5；之后内存再要取这个数值的时候，就直接去访问 35487412 这个地址，得到里面的数，是 5。

大体上内存的机制就是这样，暂时还是有点模糊的，但在之后的章节，会越来越清晰，我向你保证。