多級存儲體系結構

A. 現代計算機中為什麼要採用多級存儲體系結構

以我自身的理解解釋吧：
CPU緩存到硬碟，一級比一級快，如果沒CPU緩存、內存，直接讓CPU讀取硬碟的話，CPU會一直等硬碟慢慢地把數據傳過來給它處理，這樣慢死了。所以先把硬碟上准備處理的數據傳到內存等待，最急著處理的就由內存傳到CPU緩存里，CPU可以以最高的速度讀取要處理的數據。
這樣的多級存儲體系結構就能以最高速度處理數據了。所以CPU緩存多的CPU性能比緩存少的性能要高。

B. 簡述計算機三級存儲體系結構

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。

1、高速緩沖存儲器

存在於主存與CPU之間的一級存儲器， 由靜態存儲余局晶元(SRAM)組成，容量比較小但速度比主存高得多， 接近於CPU的速度。在計算機存儲系統的層次結構中，是介於中央處理器和主存儲器之間的高速小容量存儲器。它和主存儲器一起構成一級的存儲器。高速緩沖存儲器和主存儲器之間信息的調度和傳送是由硬體自動進行的。

2、主存儲器（Main memory）

計算機硬體的一個重要部件，其作用是存放指令和數據，並能由中央處理器（CPU）直接隨機存取。現代計算機是為了提高性能，又能兼顧合理的造價，往往採用多級存儲體系。即由存儲容量小，存取速度高的高速緩沖存儲器，存儲容量和存取速度適中的主存儲器是必不可少的。

主存儲器是按地址存放信息的，存取速度一般與地址無豎帆讓關。32位（比特）的地址最大能表達4GB的存儲器地址。這對多數應用已經足夠，但對於某些特大運算量的應用和特大型資料庫已顯得不夠，從而對64位結構提出需求。

3、外儲存器

輔助存儲器又稱外存儲器（簡稱外存）。指除計算機內存及CPU緩存以外的儲存器，此類儲存器一般斷電後仍然能保存數據。常見的外存儲器有硬碟、軟盤、光碟、U盤等。

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計算機的主存儲器不能同時滿轎野足存取速度快、存儲容量大和成本低的要求，在計算機中必須有速度由慢到快、容量由大到小的多級層次存儲器，以最優的控制調度演算法和合理的成本，構成具有性能可接受的存儲系統。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。

C. 什麼是分級的存儲體系結構它主要解決了什麼問題

分級存儲是將數據採取不同的存儲方式分別存儲在不同性能的存儲設備上，減少非重要性數據在一級本地磁碟所佔用的空間，還可加快整個系統的存儲性能。分級存儲是根據數據的重要性、訪問頻率、保留時間、容量、性能等指標，將數據採取不同的存儲方式分別存儲在不同性能的存儲設備上，通過分級存儲管理實現數據客體在存儲設備之間的自動遷移。

數據分級存儲的工作原理是基於數據訪問的局部性。通過將不經常訪問的數據自動移到存儲層次中較低的層次，釋放出較高成本的存儲空間給更頻繁訪問的數據，可以獲得更好的性價比。這樣，一方面可大大減少非重要性數據在一級本地磁碟所佔用的空間，還可加快整個系統的存儲性能。

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在分級數據存儲結構中，存儲設備一般有磁帶庫、磁碟或磁碟陣列等，而磁碟又可以根據其性能分為FC磁碟、SCSI磁碟、SATA磁碟等多種，而快閃記憶體存儲介質(非易失隨機訪問存儲器(NVRAM))也因為較高的性能可以作為分級數據存儲結構中較高的一級。一般，磁碟或磁碟陣列等成本高、速度快的設備，用來存儲經常訪問的重要信息，而磁帶庫等成本較低的存儲資源用來存放訪問頻率較低的信息。

信息生命周期管理(Information Lifecycle Management,ILM)是StorageTek公司針對不斷變化的存儲環境推出的先進存儲管理理念，ILM試圖實現根據數據在整個生命周期過程中不斷變化的數據訪問需求而進行數據的動態分布。

分級存儲和ILM在存儲體系結構上基本相同，目標也都是使不同級別的數據在給定時間和不同級別的存儲資源能夠更好的匹配。二者本質差別是數據分級的標准不同：前者標准為數據近期被訪問的概率;後者標准為數據近期對企業的價值。