计算机存储子系统：多层次存储原理与高速缓存

"双极型存储单元的读/写方式及计算机存储子系统的层次结构" 在计算机组成原理中，存储子系统是至关重要的组成部分。双极型存储单元的读/写方式是理解存储原理的基础。如图4-3所示，这种存储单元利用字线Z和写线W来实现信息的存储。在写入操作时，如果要写入1，字线Z会接收到负脉冲，电平从3V下降到0.3V，同时W线保持在高电平3V。这使得D1二极管正偏，电流从W流向V2基极，导致V2导通，从而使得W和Z之间的电平差变小，使得V1截止。相反，如果写入0，W线仍保持高电平，但过程类似。读出操作通常涉及使用读出放大器来检测单元的状态。 本章还讨论了存储系统的层次结构，这是解决速度、容量和成本之间矛盾的关键。计算机通常采用多级存储体系，包括主存、高速缓存（Cache）和辅助存储（外存）。主存，或称内存，是CPU可以直接访问的快速但容量有限的存储区域，主要用于存放正在执行的程序和数据。现代主存主要由动态随机访问存储器（DRAM）如SDRAM和DDRAM，以及少量只读存储器（ROM）组成。辅助存储，如硬盘、磁带和光盘，具有大容量和低价格，但速度较慢，需要通过操作系统加载到主存才能被CPU使用。高速缓存是介于主存和CPU之间的一层快速存储，用于存储近期频繁访问的数据，显著提升性能，但容量小且价格昂贵。 三级存储系统由CPU、Cache、主存和外存构成，旨在平衡速度、容量和成本。在这个系统中，Cache提供了接近CPU速度的数据存取，而主存作为Cache和外存之间的桥梁，解决了容量和速度的问题。外存则提供大容量的长期存储，虽然访问速度较慢，但成本效益高。高速缓存的工作原理是自动复制主存中的活跃信息，由硬件控制，不直接由CPU编程访问。 总结来说，双极型存储单元的读/写机制是内存操作的基础，而多层次的存储结构是现代计算机系统优化性能和成本的关键设计。理解这些概念对于深入掌握计算机系统的工作原理至关重要。