计算机存储系统：层次结构与并行访问

"计算机系统结构：第三章 存储系统.ppt" 计算机系统结构是计算机科学中的核心领域，它探讨了计算机硬件如何与软件交互以执行任务。存储系统是这一领域中的关键部分，主要负责存储程序和数据。本章将重点讨论存储系统的结构、层次和性能参数。 首先，存储系统由不同速度、容量和价格的存储器组成，它们通过硬件、软件或两者结合的方式连接在一起。这种结构通常包括主存储器（内存）、辅助存储器（如硬盘）以及通用寄存器组。主存储器是计算机运行时直接与CPU交互的地方，用于存放当前运行的程序和数据。辅助存储器则用于长期存储，通常容量大但访问速度较慢。通用寄存器组则用来存储频繁使用的数据，以提高计算效率。 存储系统的性能主要由三个参数衡量：存储容量（S）、存储器速度（T）和存储器价格（C）。存储容量以字节计，单位可以是B、KB、MB、GB、TB等。存储器速度通常指的是访问周期，而存储器价格表示单位容量的价值。存储系统往往采用层次结构设计，每一层的性能参数遵循Ti<Ti+1（速度提升）、Si<Si+1（容量增大）、Ci>Ci+1（成本增加）的原则，从高速、小容量的存储器（如寄存器和高速缓存）到低速、大容量的存储器（如磁盘和磁带）逐层扩展。 存储系统的包含性原则确保了高层存储器中的信息在下一层存储器中都有副本，以实现一致性。当高层信息被修改时，下层副本也会同步更新，以保持数据的一致性。此外，存储系统还会采用并行访问和交叉访问技术来提高性能，例如在多体并行访问存储器中，可以在一个主存周期内同时读写多个数据，以增加频带宽度。 为了进一步优化性能，存储系统常常使用缓存（Cache）技术。缓存是一种介于CPU和主存储器之间的高速小容量存储器，它根据局部性原理，预加载可能会被频繁访问的数据，从而减少CPU等待数据的时间。缓存的设置和管理是通过特定的算法实现的，这些算法确保了数据的一致性和有效性。 存储系统是计算机系统架构中不可或缺的部分，其设计直接影响着系统的整体性能。通过理解存储系统的层次结构、包含性原则以及并行访问策略，我们可以更好地优化计算机系统的效率，满足日益增长的计算需求。