虚拟存储器原理与存储系统

"虚拟存储器是计算机存储系统的基础知识，基于局部性原理，允许程序在内存不足时通过请求调页和页替换机制运行。主存、辅存和高速缓存构成存储子系统，分别有不同的速度、容量和作用。存储器按作用分为主存、辅存和高速缓存，按介质分为半导体、磁表面和光盘存储器，按存取方式分为随机存取、顺序存取和直接存取存储器。半导体存储器包括各种类型的RAM和ROM，如DRAM、SRAM、EPROM、EEPROM和Flash Memory，不同类型的半导体存储器具有不同的速度、功耗和容量特性。" 虚拟存储器是现代操作系统中的一个重要概念，它允许程序在物理内存小于其实际需求的情况下运行。基于局部性原理，即程序倾向于在一段时间内集中访问某一部分内存，虚拟存储器只需将当前需要的部分加载到内存中。如果程序试图访问未在内存中的页面，会触发缺页异常，操作系统将负责将所需页面从磁盘调入内存。如果内存已满，系统会采用页替换算法将内存中暂时不使用的页面替换回磁盘，为新页面腾出空间。这种机制使得多任务并发执行成为可能，同时也使得用户感觉系统拥有比实际更大的内存容量。 存储子系统由主存、辅存和高速缓存组成。主存，或称内存，是CPU直接访问的快速但容量有限的存储区域；辅存，如硬盘，容量大但速度慢，用于长期存储大量数据；高速缓存，如CPU Cache，是最快的存储层次，用于存放频繁访问的数据，减少CPU访问主存的延迟。 存储器按存储介质分类，包括半导体存储器（如RAM和ROM）、磁表面存储器（如硬盘）和光盘存储器。其中，半导体存储器进一步细分为静态和动态RAM，以及各种类型的ROM，如PROM、EPROM和EEPROM。这些存储器各有优缺点，例如，DRAM速度快但需要定期刷新，而静态RAM则不需要刷新但功耗较高。 按存取方式，存储器可分为随机存取（如RAM）、顺序存取（如磁带）和直接存取（如硬盘）。随机存取存储器可以立即访问任何地址，访问时间独立于地址；顺序存取需要按照物理顺序访问；直接存取存储器先找到指定磁道，然后在磁道内顺序查找。 半导体存储器的工艺包括双极型、MOS型（如PMOS、NMOS和CMOS）等，不同工艺会影响存储器的速度、功耗和集成度。静态MOS存储器不需要刷新，但动态MOS存储器需要定期刷新以保持数据。 虚拟存储器和存储子系统的各种组成部分共同协作，提供了一个高效、灵活的存储环境，满足了计算机系统对速度、容量和持久性的需求。