存储器层次结构：高速缓冲与虚拟存储器解析

"该资源是南航计算机组成原理课程的一部分，重点讲解了存储器层次结构，特别是高速缓冲存储器（Cache）的相关知识。内容包括存储器的概述、主存与CPU的连接、Cache的工作原理、虚拟存储器以及相关术语和分类。" 在计算机系统中，存储器扮演着至关重要的角色，它分为多个层次以提高访问速度和效率。存储器层次结构主要包括：高速缓存（Cache）、主存（Main Memory）和虚拟存储器。这一课件主要关注Cache和主存的交互。 Cache是一种位于CPU和主存之间的高速小容量存储器，利用程序访问的局部性原理来提高性能。当CPU需要访问数据时，首先会在Cache中查找，如果找到（称为命中），则能快速获取数据；若未找到（称为未命中），则需要从主存中读取，这个过程较慢。本课件中提到，CPU给出20位的主存地址，其中中间3位作为Cache组索引，前8位用于比较Cache中的标记位，后9位是字号，用于在找到匹配的Cache行后定位具体字。 举例来说，如果要访问0120CH这个地址，其二进制形式为0000 0001 0010 0000 1100B，可以解析出它位于第1组群中的第9块（001块）的第12个单元。根据提供的Cache大小（16行 x 512字/行 = 8K字）和主存大小（2048块 x 512字/块 = 1024K字），可以进一步理解这个地址的映射关系和访问流程。 访问过程中，CPU先根据地址的中间3位确定Cache的组，然后用前8位与该组内每个Cache行的标记位对比，若找到匹配项，就可以直接从Cache中读取数据。如果没有匹配，说明数据不在Cache中，此时需要执行主存到Cache的数据传输，即“装入”操作，将缺失的数据加载到Cache的相应位置，以备下次访问。 存储器的其他重要概念包括存储单元、编址方式、存储体、存储器地址寄存器（MAR）和存储器数据寄存器（MDR）。按工作性质，存储器可以分为随机存取存储器（RAM）、顺序存取存储器（SAM）、直接存取存储器（DAM）和相联存储器（如快表）。按存储介质，常见的有半导体存储器，如双极型、MOSFET型等。 本课件对于理解和掌握计算机存储系统的运作机制，尤其是Cache的工作原理及其在提高系统性能上的作用，提供了深入的阐述，对于准备南航考研的学生来说是一份宝贵的参考资料。