提高存储效率：Hc-存储层次结构与不命中率优化

本章节主要讨论了计算机系统的存储层次结构，特别是针对不命中率（Hc）的概念以及其在Cache设计中的影响。首先，我们了解到了存储器层次结构的基本概念，它将不同容量、速度和价格的存储设备整合成一个统一的系统，通过硬件和软件结合的方式实现信息调度，这基于访存局部性原理，即大部分程序访问倾向于集中在存储空间的一小部分区域。 不命中率1-Hc，通常指的是Cache未能命中目标数据时，需要从主存或其他更慢的存储层获取数据的概率。这个指标对于衡量Cache设计的有效性至关重要。当Cache容量不变，但块的大小减小时，不命中率可能会增加，因为更大的块可以存储更多数据，从而减少频繁的主存访问，降低不命中率。 章节中详细介绍了主存—辅存层次结构的发展历史，早期的存储系统主存与辅存独立，地址和信息交换由用户负责。随着软硬件结合的发展，操作系统（OS）负责信息调度，硬件完成地址变换，软件则承担主要的存储管理任务。主存—辅存间的访问是以页或段为单位，页通常有固定大小，段则可变。如果发生失效（访问不到主存的数据），程序会切换到辅存并由操作系统处理。 Cache—主存层次结构则是为解决存储速度问题的关键技术。通过在主存附近添加高速缓存，如L1、L2等，数据在被频繁访问时可以快速获取，显著减少不命中率。Cache的设计通常考虑了块大小、替换策略等因素，以优化性能。当主存访问速度成为瓶颈时，Cache的存在极大地提高了系统效率，同时为虚拟存储器的实现提供了可能，使得编程人员可以享受到看似无限的程序空间。 本章内容深入探讨了存储器层次结构如何通过合理的设计来平衡速度、容量和成本，特别是在利用Cache技术提高系统性能方面，以及虚拟存储器如何通过主存—辅存和Cache—主存层次结构提供扩展性的解决方案。理解这些原理和技术对于理解现代计算机系统的运作至关重要。