存儲器層次結構

1. 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。

2. 一般的計算機系統至少將存儲器分為三個層次

1. 存儲器層次結構的最底層是存儲器儲器（Memory）層次，它是計算機系統中用於保存程序和數據的物理介質。存儲器儲器通常包括隨機存儲器（Random Access Memory，RAM）和只讀存儲器（Read-Only Memory，ROM）。
2. 存儲器層次結構的中間層次是高速緩存（Cache）層次，它是一種特殊的RAM，用於加速對主存的訪問。高速緩存通常由多個小容量的緩存組成，其中最近使用的數據被保存在緩存中，以便更快地訪問。
3. 存儲器層次結構的頂層是虛擬存儲器（Virtual Memory）層次，它是一種將主存和磁碟空間組合起來使用的技術。虛擬存儲器允許程序使用比物理內存更大的地址空間，並且能夠將不常用的數據從物理內存中移動到磁碟上，以釋放物理內存。
通過將存儲器分為三個層次，計算機系統可以更加高效地管理程序和數據的存儲和訪問。

3. 存儲系統層次結構包含哪些層

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~~~
1,設置多個存儲器並且使他們並行工作。本質：增添瓶頸部件數目，使它們並行工作，從而減緩固定瓶頸。

2,採用多級存儲系統，特別是Cache技術，這是一種減輕存儲器帶寬對系統性能影響的最佳結構方案。本質：把瓶頸部件分為多個流水線部件，加大操作時間的重疊、提高速度，從而減緩固定瓶頸。

3,在微處理機內部設置各種緩沖存儲器，以減輕對存儲器存取的壓力。增加CPU中寄存器的數量，也可大大緩解對存儲器的壓力。本質：緩沖技術，用於減緩暫時性瓶頸。