计算机存储器详解：主存、辅存、Cache与各类ROM

"计算机组成原理第四章主要讨论了存储器的相关知识，包括各种类型的存储器、存储器层次结构以及它们在计算机系统中的作用和管理方式。" 在这章中，我们首先接触了不同的存储器类型： 1. 主存（Main Memory）：是计算机中临时存储正在执行程序和数据的地方，CPU可以直接读写，访问速度快，但容量有限。 2. 辅存（Auxiliary Memory）：通常指硬盘等外部存储设备，用于存储暂时不用的程序和数据，以及长期保存的信息，访问速度较慢，但容量大。 3. Cache：高速缓冲存储器，位于CPU和主存之间，用于缓解两者间速度差异，提高数据读取效率。 4. RAM（Random Access Memory）：半导体随机存取存储器，分为两类： - SRAM（Static RAM）：静态随机存取存储器，速度快，但功耗高，常用于CPU内部缓存。 - DRAM（Dynamic RAM）：动态随机存取存储器，速度相对较慢，功耗低，通常作为主存使用。 5. ROM（Read-Only Memory）：只读存储器，数据在制造时写入，一般不可更改，如掩膜式ROM（PROM）、紫外线擦写ROM（EPROM）和电擦写ROM（EEPROM）。 6. CD-ROM：只读型光盘，用于存储大量数据，不能被用户写入。 7. Flash Memory：闪存，一种非易失性存储器，广泛用于U盘、移动设备和固态硬盘等。 存储器的层次结构主要体现在两个方面： 1. Cache-主存层次：Cache提供快速访问，主存提供较大容量，两者结合使得CPU能以接近Cache的速度访问大量数据，同时避免了主存速度慢的问题。 2. 主存-辅存层次：主存提供比Cache更大的容量，辅存则提供几乎无限的存储空间，通过虚拟内存技术，使得程序能够使用超过物理主存的地址空间。 计算机通过硬件自动管理Cache与主存之间的数据交换，例如采用替换策略（如LRU、LFU等）来决定何时将数据从主存移入Cache，以及何时将Cache中的数据回写到主存。而对于主存-辅存层次，操作系统会负责虚拟内存的管理和页面交换，使得程序能够在需要时将数据从辅存加载到主存，或者将主存中的数据换出到辅存。 这样的多层次存储结构使得计算机能够在保持高效运行的同时，兼顾存储容量和成本，实现了速度、容量和价格之间的平衡。