深入理解计算机系统：Cache原理与特性

"这篇资料主要讲述了计算机组成中的Cache模块，涉及存储系统的基本特性，包括存储位置、容量、传输单位、存取方式、性能参数、物理类型以及存储器的设计考虑。同时，提到了存储器的分层结构，从寄存器到外部存储器，每一层在成本、容量和存取速度上都有所差异。" 在计算机组成中，Cache是一种高速缓冲存储器，用于解决CPU与主存之间速度不匹配的问题。它位于CPU和主存之间，存储了最近频繁使用的数据，以提高数据访问速度。以下是详细的知识点： 1. 存储位置：存储系统分为CPU内部（如寄存器）、内存（主存）和外存（辅存）三个层次，Cache位于CPU和内存之间。 2. 容量：存储器的容量由字长和字数决定，字是存储器组织的自然单位，而字节数则表示实际存储数据的大小。 3. 传输单位：内部存储器的传输单位通常等于数据总线宽度，而外部存储器通常以块为单位，块的大小远大于字。 4. 存取方式：存储器的存取方式有顺序存取（如磁带）、直接存取（如硬盘）、随机存取（如主存储器）和关联存取（如Cache）。Cache的关联存取允许根据地址或数据内容的样式快速找到存储位置。 5. 性能参数：存取时间是衡量存储器速度的关键指标，包括随机存取时间和非随机存取时间；存储器周期时间是存取时间和额外延迟的总和；传输率则表示数据的进出速率。 6. 物理类型：存储器的类型有半导体（如主存储器）、磁性（如硬盘和磁带）和光学（如CD和DVD）。 7. 设计概要：设计存储器时需要考虑容量、速度和成本。Cache的存在就是为了平衡这三者，提供高速访问但成本较高的解决方案。 8. 存储器分层：存储器系统通常采用分层结构，从寄存器到外部存储器，每层的容量增加、价格下降，但存取时间也相应增加。 9. 存储器分层结构的特性：从上到下，存储器的访问速度变慢，容量增大，成本降低，但访问频率也相对减少。 通过理解这些知识点，我们可以更好地理解计算机存储系统的运作原理，尤其是Cache如何提高系统性能，以及为何需要这样一个多层次的存储体系。