计算机存储系统详解：主存、辅存与高速缓存

"计算机组成原理存储系统基本知识" 在计算机科学中，存储系统是计算机硬件的核心组成部分，它负责存储和管理数据以及指令。本章主要关注存储子系统的构成和工作原理，包括存储器如何存储信息、如何组合存储芯片来构建具有特定容量的存储器等关键问题。 首先，存储器按照其在系统中的作用可以分为三类：主存（内存）、辅存（外存）和高速缓存。主存，即内存，是CPU直接访问的地方，用于存放当前运行的程序和数据，特点是速度快但容量有限。辅存，如硬盘，通常容量大但速度较慢，用于存储大量不常用的数据。高速缓存（Cache）位于CPU和主存之间，存储CPU频繁访问的数据，提高系统性能，其特点是速度快但容量小。 其次，存储器的分类还可以依据存储介质，主要包括半导体存储器、磁表面存储器和光盘存储器。半导体存储器，如DRAM和SRAM，利用电子状态存储信息，其中动态存储器需要定期刷新以保持数据，而静态存储器则不需要。磁表面存储器，如硬盘，通过磁化区域来存储信息，速度相对较慢。光盘存储器，如CD或DVD，利用光的反射来存储信息，适合长期保存大量数据。 接着，存储器的存取方式有三种：随机存取（RAM）、顺序存取（SAM）和直接存取（DMA）。RAM允许快速访问任何地址，包括可读写类型如RAM、ROM、PROM、EPROM、EEPROM和Flash Memory。顺序存取存储器，如磁带，需要按顺序查找数据，访问时间与数据位置有关。直接存取存储器常见于硬盘，通过寻道和旋转定位数据，访问时间受到定位和等待时间的影响。 在半导体存储器的工艺方面，主要有双极型、MOS型（包括PMOS、NMOS和CMOS）和ECL型。双极型速度快但功耗大、容量小，MOS型尤其是CMOS，具有低功耗和大容量的特点，而ECL型则提供了极快的速度。 存储信息的原理在半导体存储器中尤为重要。静态MOS存储器依靠稳定电荷保持信息，不需要定期刷新，而动态MOS则需要通过刷新机制来防止信息丢失。 计算机存储系统是一个复杂而精细的架构，它结合了各种类型的存储器，通过不同的存取方式和介质，以满足计算机对速度、容量和持久性的需求。理解这些基本知识对于深入学习计算机组成原理至关重要。