计算机存储体系：多层次存储器与Cache技术解析

"计算机组成原理~第三章1" 在计算机组成原理中，存储系统是至关重要的组成部分，它包括了多层次的存储器设计。本章节主要涵盖了存储器的分类、性能指标、SRAM与DRAM的区别、并行存储器的概念以及Cache存储器的功能与基本原理。 首先，存储器被分为多种类型，按照存储介质有磁表面存储器和半导体存储器；根据存取方式分为随机存取（RAM）和顺序存取；按读写功能可分为只读存储器（ROM）和随机访问存储器（RAM）；按信息可保存性，RAM是非永久性的，而ROM则是永久性的。此外，根据在计算机中的作用，存储器还可以分为主存、辅存等。 性能指标是衡量存储器性能的关键因素。存储容量表示存储单元的总数，通常以位或字节为单位。存取时间和存储周期是衡量速度的指标，存取时间是指读取或写入一个数据所需的时间，存储周期则是两次连续读取操作的最短间隔。存储器带宽则代表单位时间内存储器传输数据的能力，用位/秒或字节/秒衡量。 接着，SRAM（静态随机存取存储器）和DRAM（动态随机存取存储器）是两种常见的RAM类型。SRAM速度快但功耗大，适合用于CPU内部的高速缓存，而DRAM存储密度高但速度慢，常作为主存使用。在连接CPU时，地址线、数据线和控制线起着关键作用，芯片容量由地址线和数据线的数量决定。扩展存储器容量时，需要注意地址线和数据线的设置，以及字存储容量扩展时的控制线连接。 并行存储器包括双端口存储器和多模块存储。双端口存储器可以在同一时刻进行读写操作，提供更高的数据处理速度。多模块存储通过时间并行化来提高效率，例如顺序方式和交叉方式，它们各有优缺点，适用于不同的容量和带宽扩展需求。 最后，Cache存储器是解决CPU与主存速度不匹配问题的关键。它基于局部性原理，通过高速缓存技术提高数据访问速度。地址映射方法包括全相联映射，其中块号作为标识存储在Cache中，当CPU访问地址时，会先检查Cache中是否存在该地址，这个过程称为命中。命中率越高，Cache的效率也就越高。主存与Cache的数据交换通常以块为单位，块长的设计对性能有直接影响。 总结来说，本章节详细阐述了存储器的多样性和性能特性，深入探讨了不同类型的存储器以及它们在计算机系统中的应用，特别是Cache的机制，这些都是理解计算机系统性能和优化的重要基础。