计算机组成原理：存储系统详解

"哈尔滨工业大学计算机组成原理课件，包含了存储系统的深入讲解，涉及存储器的分类、性能评价、层次结构、半导体存储、主存储、高速缓存Cache以及虚拟存储器等内容。" 在计算机组成原理中，存储系统是至关重要的组成部分，它关乎到计算机的数据存储与访问效率。本课件主要探讨了以下几个核心知识点： 1. 存储器的分类：存储器被分为多个类别。主存和辅存是按照处理器是否直接访问区分，主存用于直接与CPU交互，辅存则用于长期数据存储。易失性和非易失性存储器则是根据电源断电后数据是否丢失来划分，如RAM（随机访问存储器）和ROM（只读存储器）。此外，按访问方式还有按地址访问、按内容访问（如CAM）和相联存储器。存储器实现介质的不同，又分为半导体、磁表面、光盘和铁电存储器等。 2. 存储器性能评价：评估存储器性能的关键指标包括容量、速度和成本。容量通常以字节数（如MB或KB）表示，存储芯片的规格定义为存储单元数目乘以存储字长。速度方面，关键参数有访问时间Ta（从读/写开始到完成的时间）和周期时间Tc（两个连续操作的最小间隔），以及存储器带宽，它决定了每秒能传输多少位数据，对提升系统性能至关重要。 3. 存储层次结构：为了平衡速度、容量和成本，现代计算机采用多级存储层次结构，如L1、L2、L3缓存和主存，利用访问局部性原理，即程序倾向于重复访问最近使用的数据，提高数据访问速度。 4. 半导体存储器：主要包括DRAM（动态随机存取存储器）和SRAM（静态随机存取存储器），前者成本低但速度慢，后者速度快但成本高，常用于高速缓冲存储器Cache。 5. 主存储器：主存（内存）是计算机运行程序时的临时数据存储区域，通常使用DRAM，因为其成本效益高，但需要定期刷新以保持数据。 6. 高速缓冲存储器Cache：位于CPU和主存之间，用于存储CPU频繁访问的数据，通过减少主存访问时间来提高性能。 7. 虚拟存储器：当物理内存不足时，虚拟存储器将部分硬盘空间作为扩展内存使用，通过页表映射技术实现大容量地址空间，使得程序可以超过实际物理内存大小。 理解这些基本概念对于深入学习计算机系统的工作原理至关重要，无论是硬件设计还是软件开发，都需要对存储系统有扎实的理解。本课件的详细内容可以帮助学生和专业人士更全面地掌握这一领域的知识。