存储器层次结构解析：从RAM到虚拟存储器

"南航计算机组成原理课件7——存储器层次结构" 计算机存储系统是计算机硬件中的关键组成部分，它负责存储程序、数据以及运算中间结果。本课件主要探讨了存储器的层次结构，包括寄存器、SRAM、DRAM、硬盘等不同类型的存储器，并围绕它们的特性和应用展开讨论。在实际应用中，单一类型的存储器无法满足所有需求，因此，采用分层存储结构是解决这一问题的有效方法。 存储器层次结构通常分为四层：寄存器、高速缓存（Cache）、主存和辅助存储器。寄存器是最快速但容量最小的存储器，位于CPU内部，用于临时存储计算中的关键数据。SRAM（静态随机存取存储器）比寄存器慢但速度快于DRAM（动态随机存取存储器），通常作为高速缓存的一部分。DRAM则是主存的主要构成，虽然较慢，但容量较大。硬盘等辅助存储器提供最大的存储容量，但访问速度相对较慢。 第一讲集中讲解了存储器概述和RAM芯片。RAM分为随机存取存储器和动态随机存取存储器。随机存取是指无论数据存储在何处，都能在大致相同的时间内访问，而DRAM需要定期刷新以保持数据，故速度较慢。 第二讲深入到主存与CPU的连接及其读写操作。主存通过地址总线和数据总线与CPU交互，读取指令和数据。"装入"指令和"存储"指令操作过程涉及到地址寄存器（MAR）和数据寄存器（MDR）的使用，它们分别用来存储内存地址和数据。 第三讲讨论高速缓冲存储器（Cache）。Cache利用程序访问的局部性原则，即程序倾向于重复访问最近使用的数据，来提高性能。它通过映射策略将主存的部分内容复制到更快的Cache中，减少了对主存的访问次数。 第四讲涉及虚拟存储器，这是一种让程序认为拥有比实际物理内存更大的地址空间的技术。虚拟地址空间允许每个进程都有自己的独立地址空间，而实际的物理内存则通过页表映射进行管理。此外，虚拟存储器还提供了存储保护机制，防止进程间数据的非法访问。 存储器的编址方式有两种基本类型：字节编址和按字编址。字节编址允许每个地址对应一个字节，而按字编址则以固定大小的“字”为单位进行地址分配。此外，存储器还有多种其他分类方式，如根据存取方式分为随机存取、顺序存取、直接存取和相联存储器，以及根据存储介质分为半导体存储器、磁性存储器等。 计算机的存储体系是一个复杂的层次结构，由各种不同性能、容量和速度的存储器协同工作，以提供最佳的整体性能。理解这些概念对于深入学习计算机系统至关重要，特别是对于准备南航考研的学生来说。