计算机组成原理第3版第六章

### 计算机组成原理第三版第六章概述

#### 6.1 存储系统基础
存储系统是计算机系统中的重要组成部分之一。本章介绍了不同类型的存储设备及其特点，包括寄存器、高速缓存(cache)、主存储器(RAM)以及辅助存储器等[^1]。

#### 6.2 高速缓冲存储器(Cache)
为了减少CPU访问内存的时间延迟，在CPU和主存之间设置了一级或多级的小容量快速暂存区——Cache。这部分讲解了cache的工作机制、映射方式（直接映射、组相连映射）、替换算法等内容。

#### 6.3 主存储器
作为计算机的主要工作空间，RAM用于存放当前正在执行的程序和数据。这里探讨了静态随机存取存储器(SRAM)与动态随机存取存储器(DRAM)，并解释了它们之间的区别及应用场景。

#### 6.4 辅助存储器
除了上述提到的内部存储外，外部磁盘驱动器和其他持久化介质也构成了完整的计算机存储层次结构的一部分。该部分讨论硬盘(HDD)/固态硬盘(SSD)的特点和技术指标，如读写速度、寻道时间等性能参数。

#### 6.5 虚拟存储管理
当物理内存不足以容纳所需运行的所有进程时，则需要借助虚拟地址空间来扩展可用资源。此节描述了几种常见的页面置换策略(LRU,FIFO),页表管理和段式/页式分配方法。

# Python代码示例：模拟简单的LRU页面调度算法
class LRUCache:

    def __init__(self, capacity: int):
        self.cache = {}
        self.order = []
        self.capacity = capacity
        
    def get(self, key: str) -> any:
        if key not in self.cache:
            return None
        value = self.cache[key]
        # 更新最近使用的顺序
        self.order.remove(key)
        self.order.append(key)
        return value
    
    def put(self, key: str, value: any) -> None:
        if key in self.cache:
            self.cache.pop(key)
            self.order.remove(key)

        elif len(self.cache) >= self.capacity:
            oldest_key = self.order[0]
            del self.cache[oldest_key]
            self.order.pop(0)

        self.cache[key] = value
        self.order.append(key)


lru_cache_example = LRUCache(3)
for i in range(5):
    lru_cache_example.put(f'key{i}', f'value{i}')
print(lru_cache_example.get('key0'))