计算机存储系统详解：从主存到缓存

"计算机组织与体系结构课件03，主要涵盖了存储系统的内容，包括存储器的分类、存储器的层次结构、主存储器的技术指标、主存储器的基本操作，以及各种类型的存储器如只读存储器(ROM)、随机读写存储器(RAM)、高速缓存(Cache)、虚拟存储器、辅助存储器和相联存储器等。" 在计算机组织与体系结构中，存储系统是至关重要的组成部分。存储器是计算机系统中的记忆设备，用于存储程序和数据。存储器按照在系统中的作用可以分为三类：主存储器（内存）、辅助存储器（外存）和高速缓存。主存储器，通常指的是RAM，其特点是速度快但容量有限，用于存放CPU当前运行的程序和数据。辅助存储器，如硬盘，具有大容量但速度较慢，用于长期存储大量数据。高速缓存，如Cache，位于主存和CPU之间，提供快速访问，但容量较小。 存储器的存取方式也是分类的关键标准。随机存取存储器（RAM）允许按地址随机访问，包括可读可写的RAM和只读的ROM。ROM包括PROM、EPROM、EEPROM和Flash Memory，它们分别有不同的编程和擦除机制。顺序存取存储器（SAM）和直接存取存储器（DAM）则根据数据访问的顺序和定位方式来区分，其速度指标如平均等待时间和数据传输率等各有差异。 半导体存储器是最常见的类型，利用双稳态触发器存储信息，其中动态存储器(DRAM)需要定期刷新以保持数据。半导体存储器的优点是速度快，但信息易失，需要电源维持。 此外，存储器还有按存取速度形成的层次结构，从CPU附近的高速缓存，到主存，再到辅助存储器，形成了一个金字塔型的层次结构，确保了数据在不同速度的存储器间高效流动。 本章还讨论了虚拟存储器的概念，它通过将一部分辅助存储器作为扩展的主存使用，解决了主存容量有限的问题。而相联存储器和存储保护则涉及到更高级别的内存管理，相联存储器允许非顺序访问，常用于高速缓存和地址翻译，存储保护则确保了不同进程之间的数据隔离，防止非法访问。 这些知识点构成了计算机存储系统的基础，对于理解和设计高效的计算机系统至关重要。