计算机系统结构：存储系统详解

"系统结构.pdf参看素材" 这篇资料主要介绍了计算机系统结构中的存储系统，包括存储系统的概念、原理、以及不同级别的存储器，如高速缓存(Cache)、随机访问存储器(RAM)和磁盘存储(Disk)。资料由郑庆华教授在西安交大计算机系的课程中编写，适合初学者学习。 首先，存储系统是由多级不同性能的存储器组成，如Cache、RAM和Disk，它们分别代表了高速、中速和低速但大容量的存储层次。存储体对应用程序员来说是透明的，但对系统结构设计者来说则是需要考虑的关键因素。存储系统的设计旨在通过硬件、软件或两者的结合，构建一个一体化的存储体系，以达到综合性能的最佳平衡。 存储系统的基本特征体现在三个方面：访问时间(T)、存储容量(S)和成本(C)。对于用户来说，存储系统的总体访问时间是最慢存储器的时间，而容量是所有存储器容量的最大值，成本则接近最便宜的存储器。这种多层次设计使得系统能在保持高速度的同时，拥有大容量和较低的成本。 存储系统通常由两部分组成：Cache-RAM和RAM-Disk。Cache-RAM的主要目的是提高系统速度，它的存在对操作系统设计者来说是透明的，即用户无需了解其具体运作方式。而RAM-Disk则是为了扩展存储容量，这部分对操作系统设计者来说是可见的，需要进行相应的管理和调度。 在性能方面，Cache的速度最快，大约在几十纳秒到几百纳秒之间；RAM的速度次之，一般在几百纳秒到几千纳秒；而磁盘的存取速度相对较慢，通常在几毫秒到十几毫秒。Cache的速度大约是RAM的1/5到1/10，磁盘速度则远远低于这两者。 设计层次存储系统的基本原则是为了实现性能和成本之间的平衡，通过将频繁访问的数据放在高速存储中，不常用的数据放在低速但大容量的存储中，从而优化整体系统的效率。这样的设计策略被称为“分级存储”或“金字塔存储”，是现代计算机系统结构中的核心组成部分。 总结起来，这份资料深入浅出地讲解了存储系统的概念、特征、组成和设计原则，为初学者提供了理解计算机系统结构中存储子系统的重要基础。通过学习，读者能够掌握如何从系统结构角度分析存储系统的原理，并理解不同存储层次如何协同工作，以提升计算机系统的整体性能。