计算机存储系统层次结构与存储器分类

"计算机组成原理课件第三章主要讲解了存储系统，包括存储器的基本概念、存储器的分类，如随机读写存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、高速存储器如CACHE、以及虚拟存储器的介绍。课件强调了存储系统的层次结构，如何通过多级存储器体系结构来平衡速度、容量和成本，以达到最优的性能价格比。" 在计算机科学中，存储器是计算机系统的重要组成部分，用于保存程序和数据。存储系统通常由多个层次组成，以满足对速度、容量和成本的不同需求。在存储器的分类中，随机读写存储器(RAM)允许随时读取和修改数据，而只读存储器(ROM)则在制造过程中预编程，一旦写入，数据就无法更改。高速存储器如CACHE，位于CPU和主存储器之间，用于缓存频繁访问的数据，以减少CPU等待时间。 存储系统的层次结构是一个关键的设计策略。最靠近CPU的是高速缓存(Cache)，它提供快速但昂贵的存储空间。主存储器(Main Memory)拥有较大的容量，但速度相对较慢。虚拟存储器(Virtual Memory)则进一步扩展了可用的地址空间，允许程序使用超出实际物理内存大小的内存，但存取速度较慢。后援存储（Secondary Storage）如硬盘，具有极大的容量，但存取速度最低。 为了确保高效运行，存储系统需要遵循一致性原则，即在不同层次的存储器中，同一信息的值必须保持一致。同时，包含性原则指出，内层存储器中的信息是外层存储器信息的一部分，确保了数据的连续性和完整性。例如，CPU首先查找Cache，如果找不到所需数据，则会查找主存，最后才转向速度更慢但容量更大的虚拟存储器或后援存储。 存储容量是衡量存储器大小的一个重要指标，通常以字节(B)为单位，1KB等于2的10次方字节，1MB等于2的20次方字节，以此类推。理解这些基本术语和技术指标对于理解和优化计算机系统的性能至关重要。通过这样的多级存储设计，计算机系统能够在保证运行效率的同时，有效地管理和利用有限的硬件资源。