計算機存儲層次結構
『壹』 【操作系統】01--存儲器的層次結構
操作系統存儲器，如何對存儲器進行有效的管理，直接影響著存儲器的利用率和系統性能。
1、存儲器的層次結構
2、程序的裝入和鏈接
3、連續分配存儲管理方式
4、分頁存儲管理方式
5、分段存儲管理方式
內部碎片和外部碎片
邏輯地址和物理地址
內存分配策略
分頁的地址變換，頁表的使用
分頁和分段的優缺點
1、存儲的層次結構
這個圖不怎麼看的清，總體是三個部分：存儲器的層次結構、程序的裝入和鏈接、連續分配存儲管理方式
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（1）內存分配——為每個進程分配一定的內存空間
（2）地址映射——把程序中所用的相對地址轉換成內存的物理地址
（3）內存保護——檢查地址的合法性，防止越界訪問
（4）內存擴充——解決「求大於供」的問題，採用虛擬存儲技術
內存分配
內存分配的主要任務是：為每一道程序分配內存空間，使它們「各得其所」；當程序撤消時，則收回它佔用的內存空間。分配時注意提高存儲器的利用率。
地址映射
目標程序所訪問的地址是邏輯地址集合的地址空間，而內存空間是內存中物理地址的集合，在多道程序環境下，這兩者是不一致的，因此，存儲管理必須提供地址映射功能，用於把程序地址空間中的邏輯地址轉換為內存空間中對應的物理地址。
內存保護
內存保護的任務是確保每道程序都在自己的內存空間運行，互不幹擾。保護系統程序區不被用戶侵犯（有意或無意的），不允許用戶程序讀寫不屬於自己地址空間的數據（系統區地址空間，其他用戶程序的地址空間）。
內存擴充
內存擴充的任務是從邏輯上來擴充內存容量，使用戶認為系統所擁有的內存空間遠比其實際的內存空間（硬體RAM）大的多。
【緩存都在其使用的工具之前，目的是為了減少訪問次數】
2.1 主存儲器
主存儲器是計算機系統中的一個主要部件，用於保存進程運行時的程序和數據，CPU的控制部件只能從主存儲器中取得指令和數據，數據能夠從主存儲器中讀取並將他們裝入到寄存器中，或者從寄存器存入到主存儲器，CPU與外圍設備交換的信息一般也依託於主存儲器地址空間。但是，主存儲器的訪問速度遠低於CPU執行指令的速度，於是引入了寄存機和告訴緩沖。
2.2 寄存器
寄存器訪問速度最快，能與CPU協調工作，價格昂貴，容量不大，寄存器用於加速存儲器的訪問速度，如用寄存器存放操作數，或用作地址寄存器加快地址轉換速度等。
2.3 高速緩存
高速緩存容量大於或遠大於寄存器，但小於內存，訪問速度高於主內存器，根據程序局部性原理，將主存中一些經常訪問的信息存放在高速緩存中， 減少訪問主存儲器的次數 ，可大幅度提高程序執行速度。通常，進程的程序和數據存放在主存，每當使用時，被臨時復制到高速緩存中，當CPU訪問一組特定信息時，首先檢查它是否在高速緩存中，如果已存在，則直接取出使用，否則，從主存中讀取信息。有的計算機系統設置了兩級或多級高速緩存，一級緩存速度最高，容量小，二級緩存容量稍大，速度稍慢。
2.4 磁碟緩存
磁碟的IO速度遠低於對主存的訪問速度，因此將頻繁使用的一部分磁碟數據和信息暫時存放在磁碟緩存中， 可減少訪問磁碟的次數， 磁碟緩存本身並不是一種實際存在的存儲介質，它依託於固定磁碟，提供對主存儲器空間的擴充，即利用主存中的存儲空間，來暫存從磁碟中讀出或寫入的信息，主存可以看做是輔存的高速緩存，因為，輔存中的數據必須復制到主存方能使用，反之，數據也必須先存在主存中，才能輸出到輔存。
主存儲器簡稱 主存或內存 , 用於保存程序運行時的指令和數據.
寄存器是有限存貯容量的高速存貯部件，它們可用來暫存指令、數據和 地址 .
通常, 處理機從指存中讀出數據放入指令寄存器, 這一時間段我們稱之為取指周期; 處理機從數存中讀取數據放入數據寄存器, 再流入運算器, 這一時間段我們稱之為執行周期.
高速緩存和磁碟緩存:
高速緩沖存儲器是介於寄存器和存儲器之間的存儲器, 主要用於備份主存中較常用的數據, 用來減少處理機對主存儲器的訪問次數, 提高運行效率.
磁碟緩存主要用於暫時存放頻繁使用的一部分磁碟數據和信息, 以減少訪問磁碟的次數.
『貳』 計算機的存儲系統分為哪幾個層次
計算機系統中存儲層次可分為高速緩沖存儲器、主存儲器、輔助存儲器三級
高速緩沖存儲器用來改善主存儲器與中央處理器的速度匹配問題
輔助存儲器用於擴大存儲空,即硬碟，光碟等，容量大，但存取數據慢，計算機都是先把輔存中要讀的東西放到主存後處理，然後在依據情況是否寫回。
主存即為內存，斷電信息丟失，但存取數據塊，他的容量大小直接影響計算機運行速度。
『叄』 計算機存儲系統分為哪幾個層次
在計算機系統中存儲層次可分為高速緩沖存儲器、主存儲器、輔助存儲器三級。高速緩沖存儲器用來改善主存儲器與中央處理器的速度匹配問題。輔助存儲器用於擴大存儲空間。
存儲系統的性能在計算機中的地位日趨重要，主要原因是：
1、馮諾伊曼體系結構是建築在存儲程序概念的基礎上，訪存操作約佔中央處理器（CPU）時間的70%左右。
2、存儲管理與組織的好壞影響到整機效率。
3、現代的信息處理，如圖像處理、資料庫、知識庫、語音識別、多媒體等對存儲系統的要求很高。
(3)計算機存儲層次結構擴展閱讀：
移動存儲特點：
1、獲國家保密局認證，安全可靠；
2、與加密系統無縫結合，防護能力倍增；
3、國內首創，將普通U盤變為加密U盤，徹底解決U盤的方便性帶來的風險；
4、採用雙因子認證技術；
5、專用加密移動存儲與系統無縫結合，管理更流暢；
6、功能多樣，可滿足各種不同需求的保密要求；
7、完善的審計功能，隨時掌握U盤持有人的行為。
移動存儲功能：
1、集中注冊與授權。可通過注冊信息實現U盤身份識別和介質追蹤；
2、主機身份認證。所有安裝客戶端的計算機都須經管理員分配實名信息後方可使用；
3、加密上鎖。對加密上鎖後的U盤需要用戶進行身份認證；
4、訪問控制。可靈活控制移動存儲介質注冊策略和信息，設定允許使用的計算機或租；
5、外出拷貝。拷入U盤內的數據可與外界的計算機進行數據交互使用，也可實現定向拷貝；
6、用戶審計。移動管理存儲系統提供詳細的審計記錄及審計報告。
主存儲器：
存放指令和數據，並能由中央處理器直接隨機存取的存儲器，有時也稱操作存儲器或初級存儲器。主存儲器的特點是速度比輔助存儲器快，容量比高速緩沖存儲器大。
計算機存儲介質：
計算機存儲介質是計算機存儲器中用於存儲某種不連續物理量的媒體。計算機存儲介質主要有半導體、磁芯、磁鼓、磁帶、激光碟等。
『肆』 計算機有哪些存儲結構
在計算機中存儲和組織數據的方式被稱之為數據結構，鏈表和數組是較為常見的兩種結構。
1、數組
數組就像一個個緊挨著的小格子，每一個格子都有它們自己的序號，這個序號被稱之為「索引」。與生活中不太相同的是，平時計數習慣以「1」開始，而在計算機中，「0」是開頭的第一個數字。
數組中的數據，在計算機的存儲器中，也是按順序存儲在連續的位置中。當我們尋找需要的數據時，通過格子中的索引，便可以找到數據。
2、鏈表
鏈表的存儲方式有些像地址和住宅的關系，地址可以寫在一張紙上，但是這並不代表住宅也緊密相鄰。鏈表中的數據在計算機中也是分散地存儲在各個地方，但是鏈表裡面除了存儲數據，還存儲了下一個數據的地址，以便於找到下一個數據。
與數組不同的是，鏈表儲存數據不像數組一樣，需要提前設定大小，就像火車的車廂長度是隨著乘客的數量而增加的。
(4)計算機存儲層次結構擴展閱讀
數據的鏈式存儲結構可用鏈接表來表示。
其中data表示值域，用來存儲節點的數值部分。Pl，p2，…，Pill(1n≥1)均為指針域，每個指針域為其對應的後繼元素或前驅元素所在結點(以後簡稱為後繼結點或前驅結點)的存儲位置。
通過結點的指針域(又稱為鏈域)可以訪問到對應的後繼結點或前驅結點，若一個結點中的某個指針域不需要指向其他結點，則令它的值為空（NULL）。
在數據的順序存儲中，由於每個元素的存儲位置都可以通過簡單計算得到，所以訪問元素的時間都相同；而在數據的鏈接存儲中。
由於每個元素的存儲位置保存在它的前驅或後繼結點中，所以只有當訪問到其前驅結點或後繼結點後才能夠按指針訪問到，訪問任一元素的時間與該元素結點在鏈式存儲結構中的位置有關。
『伍』 計算機存儲系統有哪些部分組成,各自特點
計算機的存儲系統
一、存儲器：是計算機的重要組成部分.
它可分為：
計算機內部的存儲器（簡稱內存）
計算機外部的存儲器（簡稱外存）
內存儲器從功能上可以分為：讀寫存儲器
RAM、只讀存儲器ROM兩大類
計算機存儲容量以位元組為單位，它們是:位元組B(
1Byte=8bit)、千位元組(1KB=1024B)、兆位元組(1MB=1024KB)、千兆位元組（1GB=1024MB）、1TB＝1024GB
二、計算機的外存儲器一般有：軟盤和軟碟機、硬碟、CD－ROM、可擦寫光碟機即CD－RW光碟機還有USB介面的移動硬碟、光碟機、或可擦寫電子硬碟（優盤）等。
三、存儲器的容量的基本單位是位元組(Byte)，並有下列的運算換算關系：
1KB=1024Bytes
1MB=1024KB
1GB=1024MB
1TB=1024GB
1個漢字在計算機內需要2個位元組來存儲；
1個英文字元(即ASCII碼)在計算機中需要1個位元組來存儲；
1個位元組相當於8個二進制位。
『陸』 計算機內的存儲器呈現出一種層次結構形式包括哪三層結構
第一層：通用寄存器堆
第二層：指令與數據緩沖棧
第三層：高速緩沖存儲器
第四層：主儲存器（DRAM）
第五層：聯機外部儲存器（硬磁碟機）
第六層：離線外部儲存器（磁帶、光碟存儲器等）
這就是存儲器的層次結構~~~ 主要體現在訪問速度~~~