计算机组成原理：存储器层次结构详解

"该资源是关于计算机组成原理的讲解，主要涵盖了存储器的层次机构，包括存储器的分类、层次化结构、不同类型的存储器如SRAM、DRAM、ROM的工作原理，主存储器与CPU的连接，双口RAM和多模块存储器，高速缓冲存储器（Cache）的机制，以及虚拟存储器的各种实现方式如页式、段式、段页式虚拟存储器和快表（TLB）等核心概念。" 计算机组成原理中，存储器扮演着至关重要的角色，其运行速度直接影响计算机的整体性能。随着技术的发展，存储器的地位日益提升，尤其在DMA（直接内存访问）方式下，存储器不仅是数据存储的场所，还是系统间信息交换的关键通道。根据存储介质、数据的可保存性和保存方式，存储器被分为多种类型。 1. 按存储介质分类，存储器主要有半导体存储器（如RAM和ROM）、磁表面存储器（如磁盘、磁带、磁鼓）、磁芯存储器和光盘存储器。其中，半导体存储器以其小巧、低功耗和快速存取等特点被广泛应用。 2. 随机存储器（RAM）分为静态随机存储器（SRAM）和动态随机存储器（DRAM）。SRAM速度快但功耗较高，而DRAM则相对便宜且容量大，但需要定期刷新以保持数据。RAM数据在断电后会丢失，故称为易失性存储器。 3. 只读存储器（ROM）包括掩膜型ROM、PROM、EPROM和EEPROM，以及现代常用的Flash存储器。这些存储器在制造后可以编程一次或多次，并且在无电源的情况下仍能保留数据，被称为非易失性存储器。 4. Cache是提高系统性能的关键，它利用程序访问的局部性原理，将常用数据存储在高速缓存中，以减少访问主存的次数。Cache的工作包括映射方式（如直接映射、组关联映射、全关联映射）、主存块的替换算法（如LRU、FIFO等）以及写策略（如写通、写回等）。 5. 虚拟存储器是解决内存容量不足问题的手段，它通过页式、段式或段页式的管理方式，使得程序可以使用比实际物理内存更大的地址空间。快表（TLB）是一种辅助机制，用于加速虚拟地址到物理地址的转换，提高虚拟存储器的效率。 本资源深入讲解了存储器的不同层次和工作原理，对于理解计算机系统内部数据管理和提升性能的机制至关重要。