存储器层次结构与高速缓冲存储器

"本章介绍了存储器的层次结构，包括主存储器、高速缓冲存储器和辅助存储器。其中，存储器按照存储介质、存取方式和在计算机中的作用进行分类，如半导体存储器、磁表面存储器和光盘存储器。随机存储器（RAM）在程序执行中可读可写，而只读存储器（ROM）则在程序执行中只读。存储器的特性主要包括速度、容量和价格，这三者之间存在权衡关系。为了优化性能，计算机采用了缓存-主存和主存-辅存的层次结构，通过高速缓冲存储器（Cache）提高数据访问速度。存储体系的性能参数，如命中率（H）、平均访问时间（T）和存储系统的速度（SM），都是衡量存储系统性能的关键指标。" 在第4章中，首先对存储器进行了概述，强调了存储器由存储元、存储单元、存储体和存储器逐层构成，最终形成存储体系。存储器的分类基于不同的标准： 1. 按存储介质分类：包括半导体存储器（如TTL和MOS）、磁表面存储器（如磁盘）、磁芯存储器和光盘存储器。其中，半导体存储器分为TTL（晶体管晶体管逻辑）和MOS（金属氧化物半导体）两种类型。 2. 按存取方式分类：存储器分为随机访问存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、直接存取存储器（如磁盘）和顺序存取存储器（如磁带）。RAM在运行时可读可写，而ROM在制造后内容固定。 3. 按在计算机中的作用分类：包括可编程只读存储器（PROM）、可擦写可编程只读存储器（EPROM）、电可擦写可编程只读存储器（EEPROM）以及掩膜只读存储器（MROM）。 存储器的层次结构是关键设计原则，以平衡速度、容量和成本。高速缓冲存储器（Cache）位于CPU和主存储器之间，用来减少CPU等待数据的时间；而辅助存储器（如硬盘、磁带、光盘）则提供大容量但相对较慢的存储空间。 存储体系的性能通常通过以下参数衡量： - 命中率（Hit Rate, H）：指Cache命中次数占总访问次数的比例，高命中率意味着更好的性能。 - 平均访问时间（Average Access Time, T）：包括Cache命中和未命中的平均时间，是评价存储系统响应速度的重要指标。 - 存储系统的速度（Speed of Memory System, SM）：由Cache和主存的速度共同决定。 计算机采用这种多层次存储结构的主要目的是为了在有限的成本下提供足够的存储容量，并尽可能地提高数据访问速度，满足不同应用的需求。