存储器层次结构：内存外存对比与作用

"该资源是南航计算机组成原理课程的一部分，主要探讨了内存与外存的关系及比较，涉及存储器层次结构，包括RAM芯片、主存与CPU的连接、高速缓冲存储器（Cache）和虚拟存储器。内容涵盖存储器的基本术语、分类以及在CPU执行指令过程中的作用。" 内存与外存是计算机存储体系中的两个关键组成部分，它们在功能、性能和成本上存在显著差异。内存，又称为主存，因其存取速度快，但成本高、容量小，主要用于暂时存储当前运行的程序和数据。它与CPU直接相连，CPU可以直接读取和写入内存中的信息，但内存中的数据在断电后会丢失，因此是易失性的。 外存，又称为辅助存储器，其特点是存取速度较慢，但成本低且容量大，能够存储大量的程序和长期数据。外存不直接与CPU连接，数据需要先加载到内存中才能被CPU处理，而且外存的数据在断电后仍然保持，是非易失性的，常见的外存有硬盘、SSD、光盘等。 存储器层次结构的概念是解决速度与容量矛盾的有效方法。CPU首先访问的是高速缓存Cache，它是内存与CPU之间的一个小容量、高速的存储区域，利用局部性原理提高数据访问效率。当数据不在Cache中时，会从主存中读取，主存再从外存获取。虚拟存储器则通过在主存和外存之间创建一个更大的地址空间，使得程序可以超出实际物理内存的限制运行。 在计算机执行程序时，CPU会按照内存中的指令顺序逐条执行。程序和数据首先从外存批量传输到内存，CPU从内存读取指令，执行计算，然后将结果返回内存，最终可能将处理结果保存回外存。这一过程中，涉及到存储器地址寄存器(MAR)和存储器数据寄存器(MDR)来存放地址和数据。 存储器的分类包括随机存取存储器(RAM)、顺序存取存储器(SAM)、直接存取存储器(DAM)和相联存储器(AM)。其中，RAM是常用的内存类型，包括静态RAM(SRAM)和动态RAM(DRAM)；而相联存储器，如快表，可以根据内容查找存储位置，常用于提高地址翻译的速度。 根据存储介质的不同，存储器还可以分为半导体存储器（如SRAM、DRAM）、磁存储（如硬盘）和光存储（如CD、DVD）。半导体存储器具有快速存取的优势，但相对昂贵，而磁性和光学存储器则提供了大容量和较低的成本，但访问速度较慢。 内存与外存的协同工作构成了计算机存储系统的基础，满足了不同场景下的数据存储和访问需求。理解它们之间的关系和工作原理对于深入学习计算机系统至关重要，特别是在准备南航的考研复习中。