存储器系统
三级存储器体系的原理
三级存储器体系的原理三级存储器体系是计算机存储层次结构中的一部分，它由三个层次的存储设备组成，分别是一级缓存（L1 Cache）、二级缓存（L2 Cache）和主存储器（Main Memory）。
三级存储器体系的原理是通过层次化存储结构来提高存储系统的访问效率和数据传输速度。
每个层次的存储设备根据存取速度和容量来划分，越靠近处理器的存储设备速度越快但容量较小，离处理器越远的存储设备速度越慢但容量较大。
一级缓存（L1 Cache）是与处理器核心直接相连的存储设备，一般位于CPU内部或核心附近。
L1缓存的容量较小，通常在几十KB到几百KB之间，但其速度非常快，可以与处理器核心进行数据交换。
L1缓存主要用于存放处理器频繁访问的指令和数据，以减少处理器访问主存储器的时间和次数。
二级缓存（L2 Cache）相对于一级缓存容量更大，一般为几个MB到几十个MB之间。
L2缓存的访问速度较L1缓存慢，但比主存储器快，常采用较低速度的SRAM（静态随机存取存储器）作为存储介质。
L2缓存负责存放一级缓存访问不频繁的数据，以减少对主存储器的访问。
当一级缓存不能满足处理器的访问需求时，处理器将从二级缓存中获取数据。
主存储器（Main Memory）是计算机中最大容量的存储设备，数据存储在其中需要经过地址请求和数据传输的过程。
主存储器的容量通常在几十GB到几TB之间，但其访问速度相对较慢。
主存储器通常采用较便宜的DRAM（动态随机存取存储器）作为存储介质。
当一级缓存和二级缓存都无法命中时，处理器将从主存储器中获取数据。
主存储器与处理器之间的传输速度相对较慢，需要通过总线进行数据传输。
三级存储器体系的原理在于利用了不同层次存储设备的特性，将数据存放在最接近处理器的缓存中，以减少对主存储器的访问。
处理器在执行指令时，首先会查找一级缓存，如果数据在一级缓存中命中，则直接取出，无需访问主存储器；如果没有命中，则查找二级缓存；如果还是没有命中，则从主存储器中获取数据。
计算机中的存储系统的构成
计算机中的存储系统的构成计算机中的存储系统主要由以下几个部分构成：1.主存储器（Main Memory）：主存储器是计算机硬件中最重要的部分之一，负责存储和检索程序运行所需的数据和指令。
它通常由DRAM（动态随机存取存储器）或SRAM（静态随机存取存储器）组成，容量从几GB到几十GB 不等。
2.辅助存储器（Secondary Memory）：辅助存储器主要包括硬盘（HDD）和固态硬盘（SSD）。
这些设备存储大量的数据和程序，虽然存取速度比主存储器慢，但容量大且价格低。
硬盘的容量通常在几百GB到几TB之间，而固态硬盘则具有更高的读写速度和耐用性。
3.三级存储器（Tertiary Memory）：这是更低一级的存储设备，通常包括光盘、U盘和SD卡等。
这些设备具有非常小的存储容量，通常用于存储小型的程序或数据文件。
4.高速缓存（Cache Memory）：高速缓存是主存和CPU之间的临时存储器，它保存了CPU最经常访问的数据和指令。
高速缓存的存取速度非常快，通常使用SRAM实现。
5.寄存器（Registers）：寄存器是CPU内部的高速存储部件，用于存储操作数和指令。
寄存器的存取速度比高速缓存还要快，但容量通常较小。
6.输入/输出设备（I/O Devices）：这些设备包括键盘、鼠标、显示器、打印机等，用于在计算机和用户之间进行交互。
这些设备通常有自己的存储和处理能力，例如打印机的墨盒就包含了一种形式的内存，用于存储墨水浓度和打印质量等信息。
7.通信接口（Communication Interfaces）：这些接口包括USB、HDMI、Ethernet等，用于计算机与其他计算机或设备之间进行数据交换。
这些接口通常也包含自己的内存，用于临时存储传输的数据。
在以上这些组成部分中，主存储器、辅助存储器和高速缓存是计算机存储系统中的核心部分。
它们之间的协作关系直接影响了计算机的性能和效率。
例如，当CPU需要访问的数据或指令不在高速缓存中时，它会从主存储器中读取数据或指令。
【计算机组成原理】存储系统
【计算机组成原理】存储系统存储器的层次和结构从不同⾓度对存储器进⾏分类：1.按在计算机中的作⽤（层次）分类 （1）主存储器。
简称主存，⼜称内存储器（内存），⽤来存放计算机运⾏期间所需的⼤量程序和数据，CPU 可以直接随机地对其进⾏访问，也可以和告诉缓冲存储器（Cache）及辅助存储器交换数据，其特点是容量较⼩、存取速度较快、单位价格较⾼。
（2）辅助存储器。
简称辅存，⼜称外存储器（外存），是主存储器的后援存储器，⽤来存放当前暂时不⽤的程序和数据，以及⼀些需要永久性保存的信息，它不能与CPU 直接交换信息。
其特点是容量极⼤、存取速度较慢、单位成本低。
（3）⾼速缓冲存储器。
简称 Cache，位于主存和 CPU 之间，⽤来存放正在执⾏的程序段和数据，以便 CPU 能⾼速地使⽤它们。
Cache 地存取速度可与 CPU 的速度匹配，但存储容量⼩、价格⾼。
⽬前的⾼档计算机通常将它们制作在 CPU 中。
2.按存储介质分类 按存储介质，存储器可分为磁表⾯存储器（磁盘、磁带）、磁芯存储器、半导体存储器（MOS型存储器、双极型存储器）和光存储器（光盘）。
3.按存取⽅式分类 （1）随机存储器（RAM）。
存储器的任何⼀个存储单元的内容都可以随机存取，⽽且存取时间与存储单元的物理位置⽆关。
其优点是读写⽅便、使⽤灵活，主要⽤作主存或⾼速缓冲存储器。
RAM ⼜分为静态 RAM （以触发器原理寄存信息，SRAM）和动态 RAM（以电容充电原理寄存信息，DRAM）。
（2）只读存储器（ROM）。
存储器的内容只能随机读出⽽不能写⼊。
信息⼀旦写⼊存储器就固定不变，即使断电，内容也不会丢失。
因此，通常⽤它存放固定不变的程序、常数和汉字字库，甚⾄⽤于操作系统的固化。
它与随机存储器可共同作为主存的⼀部分，统⼀构成主存的地址域。
由ROM 派⽣出的存储器也包含可反复重写的类型，ROM 与RAM 的存取⽅式均为随机存取。
⼴义上的只读存储器已可已可通过电擦除等⽅式进⾏写⼊，其“只读”的概念没有保留，但仍然保留了断电内容保留、随机读取特性，但其写⼊速度⽐读取速度慢得多。
存储器系统基本知识
（2）扇区
每个磁道划分成若干相等的区域，每个区域称为—个扇区，扇区是软 盘的基本存储单位。 每个磁道上的扇区数可为9、15、18等。扇区的编号 从1号开始，每个扇区为512B。计算机对软盘进行读写时，无论数据多少， 总是读写一个或几个完整的扇区。
（3）写保护口
3.5寸软盘的写保护口在磁盘背面，窗口中有一滑块，若移动滑块使窗 口透光，则该盘处于写保护状态，只能读出不能写入。处于写保护状态的 软盘，只能读出数据，不能写入、删除，也小会受病毒侵入。
那么高速缓存中相应的内容也应随之改变。反过来，如果CPU修改了高速缓存
中的内容，也应修改内存中的相应内容。 Intel 80486及更尚档微处理器的—个显著特点是在CPU芯片内集成了
SRAM作为高速缓存。因为这些高速缓存装在芯片内，所以称为内部高速缓存 或—级高速缓存，目前，微机的一级高速缓存多为32KB或64KB。由于80486 及更高档CPU的时钟频率都很高，一旦出现一级高速缓存未命中，性能将明显 降低。在这种情况下，通常是在CPU芯片外再加高速缓存称为二级高速缓存， 即外部高速缓存，它实际上是内存和CPU之间的真正缓存。外部高速缓存的容 量都比内部高速缓存大，目前微机的二级高速缓存多为256KB或512KB的同步 高速缓存，即高速缓存和CPU采用相同的时钟周期以相同的速度同步工作。其 性能要比异步高速缓存要高30％以上。
盘由多片盘片组成，盘片同心地固定在同一根轴上，片与片之间留有供磁 头进退的间隙。硬磁盘与硬磁盘驱动器作为一个整体密封在—个金属腔体 中，称为硬盘机，简称硬盘。
硬盘按盘径大小可分为5.25in、3.5in、2.5in、1.8in等几种，硬盘尺寸小 型化是硬盘的发展方向。
3.光盘存储器
光监存储器是一种利用激光技术存储信息的装置。光盘存储器由光盘 片和光盘驱动器构成。目前用于计算机系统的光盘可分为：只读型光盘 （CD-ROM）、一次写入型光盘（WORM）和磁光盘（MO）以及DVD。
微型计算机原理与组成-第5章 储存系统
· 读取CMOS-SRAM中的设备配置，确 定硬件运行环境。
· 系统引导、启动。
· 基本的输入输出控制程序。 · 存储一些重要的数据参数。 · 部分机器还含有硬化的部分操作系统。
ROM-BIOS一般为几十KB的容量，并 有逐渐加大的趋势，常为掩膜式ROM。 目前高档PC机已采用快速擦写存储器， 使ROM BIOS 的功能由软盘软件支撑升级。
5.4.5 页式虚拟存储器 页式虚拟存储器中的基本信息传送单 位为定长的页。
5.4.6 段页式虚拟存储器简介
段式虚拟存储器和页式虚拟存储器各有 其优缺点，段页式管理综合了两者的优点， 将存储空间仍按程序的逻辑模块分成段， 以保证每个模块的独立性及便于用户公用； 每段又分成若干个页。 页面大小与实存页相同，虚存和实存之 间的信息调度以页为基本传送单位。
2．CMOS-RAM 用于记录设备配置参数，如内存容量， 显示器类型，软硬磁盘类型及时钟信息等。 CMOS-RAM采用CMOS工艺制成，功耗很 少。
3．ROM-BIOS
ROM-BIOS用于存放基本的输入输出 系统程序，是操作系统驻留在内存中的最 基本部分，其主要用于以下几个方面。
· 开机后的自检。检测对象涉及计算机 系统的各主要功能部件包括CPU、ROM、 RAM、系统接口电路和键盘、软、硬磁 盘等外设。
5.1.1存储器的分类
1. 按存储介质分 按存储介质可以将存储器分为三种：半 导体存储器、磁表面存储器和光存储器。
2. 按存取方式分
按照存储器的存取可方式分为随机存取 （读写）存储器、只读存储器、顺序存取存 储器和直接存取存储器等。
计算机体系结构存储系统的认识理解
计算机体系结构存储系统的认识理解计算机存储系统主要分为主存储器和辅助存储器两种类型。
主存储器是计算机体系结构中的核心部分，也是计算机系统中最接近中央处理器（CPU）的存储器。
主存储器通常由高速随机访问存储器（RAM）组成，是计算机进行数据读取和写入的地方。
它具有较快的访问速度和读写能力，可以直接被CPU访问。
主存储器中存储的数据是临时存储的，当计算机断电时，其中的数据会被清除。
辅助存储器是计算机体系结构中的非易失性存储器，主要用于长期存储和备份数据。
常见的辅助存储设备包括硬盘驱动器、固态硬盘、光盘和闪存驱动器等。
辅助存储器的容量比主存储器大，可以存储大量的数据，并且数据不会因为断电而丢失。
然而，辅助存储器的访问速度较慢，需要较长的时间来读取和写入数据。
在计算机体系结构中，主存储器和辅助存储器之间通过缓存来进行数据的传输和管理。
缓存是一种临时存储器，用于存储CPU需要频繁访问的数据和指令。
缓存位于CPU和主存储器之间，并且具有较快的访问速度和容量，可以提高计算机系统的性能。
计算机存储系统的设计需要考虑多个方面的因素，包括存储容量、访问速度、数据可靠性和成本等。
存储容量是指存储系统可以存储数据的总量，它需要根据计算机系统的需求进行合理的配置。
访问速度是指存储系统能够读取和写入数据的速度，它通常取决于存储器的性能和传输通道的带宽。
数据可靠性是指数据在存储系统中的安全性和可靠程度，需要通过冗余备份和错误检测与纠正等技术来保证。
成本是指构建和维护存储系统所需的资源和费用，需要在满足其他需求的前提下尽量降低成本。
总之，计算机体系结构中的存储系统是计算机系统的重要组成部分，主要包括主存储器和辅助存储器。
主存储器用于临时存储和处理数据，具有较快的访问速度和读写能力；辅助存储器用于长期存储和备份数据，具有大容量和非易失性的特点。
存储系统的设计需要考虑存储容量、访问速度、数据可靠性和成本等多个方面的因素。
通过合理配置和管理存储系统，可以提高计算机系统的性能和可靠性。
存储器、存储系统以及操作方法与流程
存储器、存储系统以及操作方法与流程存储器是计算机系统中最基本、最重要的部件之一，用于存储程序、数据等信息，是计算机系统中重要的资源之一、存储器的主要功能是数据的存储和读取，在计算机系统中有着非常重要的地位。
存储器不同于处理器，处理器只能处理当前的数据信息，在不同的应用场景中不断运行，而存储器可以存储更多、更长时间的数据信息并保证数据的安全、可靠性和稳定性。
存储器主要分类存储器主要分为两大类：内存和外存。
内存包括随机存取内存（RAM）和只读存储器（ROM），其中RAM又包括动态随机存取内存（DRAM）和静态随机存取内存（SRAM）两种；外存又称为辅助存储器，包括硬盘、软盘、光盘、闪存以及U盘等。
存储系统的架构存储系统包括计算机系统的内存与外存两个部分，主要分为主存储器、高速缓存、辅助存储器等三个层次。
其中主存储器一般是指DRAM和SRAM，常常直接集成在CPU中，是CPU和外部设备（如硬盘、光盘等）间信息交换的媒介；高速缓存是位于主存之外，但比主存存储更快、相应时间更短的存储器，用于加快主存储器与CPU之间的数据传输，同时也减轻了对内存访问的压力；辅助存储器则包括各种外存。
操作方法与流程存储器的操作包括存储和检索两个阶段，下面将分别解释存储器的操作方法与流程。
1. 存储操作流程存储操作是将数据写入存储器的过程，其主要流程如下：（1）CPU通过地址总线将存储地址传给内存控制器。
（2）内存控制器接收到地址信息后，将其分解为行地址和列地址，并将其传给DRAM芯片。
（3）DRAM芯片从内存数组中选取对应的行，然后读取该行中所有的列，并将这些数据通过输出信号传给内存控制器。
（4）内存控制器接收到DRAM芯片输出的数据后，将其写入内存，同时向CPU发送写入成功的信号。
2. 检索操作流程检索操作是从存储器中读取数据的过程，其主要流程如下：（1）CPU通过地址总线将存储地址传给内存控制器。
（2）内存控制器接收到地址信息后，将其分解为行地址和列地址，并将其传给DRAM芯片。
微机原理(存储器系统)
只读存储器是一种对其内容只能读出不能写入的存储器。
可擦除可编程只读存储器EPROM(Erasible Programmable
ROM)和电可擦除可编程只读存储器EEPROM(Electric Erasible Programmable ROM)以及近年来发展起来的快擦型 存储器(Flash Memory)具有EEPROM的特点。
C1
C2
2）写入时， T1.T2均导通，数 据线上的信息对C1进行充放电
2018年11月28日
11
(1) 单译码
单译码方式又称字结构，全部地址码只用一 个电路译码，译码输出的选择线直接选中对应 的存储单元。这一方式需要的选择线数较多， 只适用于容量较小的存储器。
(2) 双译码
在双译码结构中，将地址译码器分成行译码器
(又叫X译码器)和列译码器(又叫Y译码器)两部分，
行列选择线交叉处即为所选中的内存单元，这种方 式的特点是译码输出线较少。
+5V WE* CS2 A8 A9 A11 OE* A10 CS1* D7 D6 D5 D4 D3
26
2018年11月28日
SRAM 6264的功能
工作方式 CS1* CS2 WE* OE* D7 ~ D0
未选中 未选中 写操作 读操作
1 × 0 0
× 0 1 1
× × 0 1
× × 1 0
高阻 高阻 输入 输出
2018年11月28日 2
4.1.1
存储器分类
1．按构成存储器的器件和存储介质分类
按构成存储器的器件和存储介质主要可分为： 磁芯存储器、半导体存储器、光电存储器、磁膜、 磁泡和其它磁表面存储器以及光盘存储器等。 从五十年代开始，磁芯存储器曾一度成为主 存储器的主要存储介质。但从七十年代起，半导 体存储器逐渐取代了磁芯存储器的地位。目前， 绝大多数计算机都使用的是半导体存储器。
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存储器系统：概述：计算机中的存储系统是用来保存数据和程序的。
对存储器最基本的要求就是存储容量要大、存取速度快、成本价格低.为了满足这一要求,提出了多级存储体系结构。
一般可分为高速缓冲存储器、主存、外存3个层次,有时候还包括CPU内部的寄存器以及控制存储器.◆衡量存储器的主要因素：存储器访问速度、存储容量和存储器的价格;◆存储器的介质：半导体、磁介质和光存储器.◆存储器的组成：存储芯片+控制电路(存储体+地址寄存器+数据缓冲器+时序控制）;◆存储体系结构从上层到下层离CPU越来越远、存储量越来越大、每位的价格越来越便宜，而且访问的速度越来越慢存储器系统分布在计算机各个不同部件的多种存储设备组成，位于CPU内部的寄存器以及用于CU的控制寄存器。
内部存储器是可以被处理器直接存取的存储器,又称为主存储器，外部存储器需要通过I/O模块与处理器交换数据,又称为辅助存储器，弥补CPU处理器速度之间的差异还设置了CACHE，容量小但速度极快,位于CPU和主存之间，用于存放CPU 正在执行的程序段和所需数据。
整个计算机的存储器体系结构：通用寄存器堆—指令和数据缓冲栈—Cache（静态随机存储器RAM）—主存储器(动态随机存储器DRAM）—联机外部存储器（磁盘存储器)—脱机外部存储器(磁带、光盘存储器) 通常衡量主存容量大小的单位是字节或者字,而外存的容量则用字节来表示。
字是存储器组织的基本单元,一个字可以是一个字节，也可以是多个字节。
信息存取方式：信息的存取方式影响到存储信息的组织，常用的有4种，◆顺序存取存储器的数据是以记录的形式进行组织，对数据的访问必须按特定的线性顺序进行.磁带存储器的存取方式就是顺序存取。
◆直接存取共享读写装置，但是每个记录都有一个唯一的地址标识，共享的读写装置可以直接移动到目的数据块所在位置进行访问。
因此存取时间也是可变的。
磁盘存储器采用的这种方式。
◆随机存取存储器的每一个可寻址单元都具有唯一地址和读写装置，系统可以在相同的时间内对任意一个存储单元的数据进行访问，而与先前的访问序列无关。
主存储器采用的是这种方式.◆相联存取也是一种随机存取的形式，但是选择某一单元进行读写是取决于其内容而不是其地址。
Cache可能采用该方法进行访问。
衡量存储器系统性能的指标有以下几种：Ø 存取时间：一次读/写存储器的时间Ø 存储器带宽：每秒能访问的位数.Ø 存储器周期：两次相邻的存取之间的时间Ø 数据传输率：每秒钟数据传输的bit数目。
主存储器:主存储器是指能由CPU直接编程访问的存储器，它存放需要执行的程序与需要处理的数据.因为它通常位于所谓主机的范畴,常称为内存.如果内存的地址为n位,容量为2的n次。
主存储器的种类很多，主要有：Ø 随机存储器（RAM）:可以读出和写入,随机访问存取，断电消失Ø 只读存储器（ROM)：只能读出原有的内容，不能写入新内容Ø 可编程ROM(PROM）Ø 可擦除PROM（EPROM）Ø 电可擦除PROM（E2PROM)Ø 闪速存储器(flash memory)实际的存储器总是由一片或多片存储芯片配以控制电路组成的，其容量往往是W×B 来表示。
W表示该存储器的存储单元（word)的数量,而B表示每一个word由多少bit组成。
辅助存储器：由于主存容量有限（受地址位数、成本、速度等因素制约)，在大多数计算机系统中设置一级大容量存储器作为对主存的补充与后援。
它们位于主机的逻辑范畴之外,常称为外存储器，简称外存。
外存的最大特点是容量大、可靠性高、价格低，主要有两大类。
◆磁表面存储器：这类外存储器主要包括磁带和磁盘存储器。
▲磁带磁带存储设备是一种顺序存取的设备，存取时间较长,但存储容量大.磁带上的信息是以文件块的形式存放的,而且便于携带，价格便宜。
按它的读写方式可分为两种:启停式和数据流。
▲磁盘存储器磁盘存储器是目前应用最广泛的外存储器。
它存取速度较快,具有较大的存储容量，适用于调用较频繁的场合,往往作为主存的直接后援，为虚拟存储提供了物理基础。
可分为软盘和硬盘。
◆光存储器光盘存储器是利用激光束在记录表面存储信息，根据激光束的反射光来读出信息。
按照它的记录原理可分为形变型、相变型（晶相结构）和磁光型。
有CD、CD-ROM、WORM、EOD等。
CD-ROM：只读光盘,只能一次性写入数据，由生产厂家将数据写入，永远保存CD—WO：可由用户写入一次,写入后不能修改或擦除，但是可以多次读出CD—MO:可改写光盘，可以读出也可以写入数据；光盘存储器的特点:大容量、标准化、相容性、持久性、实用性辅助存储器方面的计算：1.存储容量为capacity=n*t*s＊b，n为存放数据的总盘面数；t为每面的磁道数；s为每道的扇区数；b为每个扇区存储的字节数2.寻道时间为磁头移动到目标磁道所需的时间.3.等待时间为待读写的扇区旋转到磁头下方所用的时间。
一般用磁道旋转一周所用的时间的一半作为平均等待时间。
4．磁盘存取时间=寻道时间+等待时间。
5．位密度:沿磁道方向，单位长度存储二进制信息的个数；6．道密度：沿磁盘半径方向，单位长度内磁道的数目；7. 数据传输速率R=B/T，B为一个磁道上记录的字节数，T为每转一周的时间8．磁带机的容量计算：（这些公式要熟悉记住）数据传输率=磁带记录密度*带速；数据块长度=字节数*块因子/记录密度+块间间隔;读N条记录所需时间T=启停时间+有效时间+间隔时间；例题:假设一个有3 个盘片的硬盘，共有 4 个记录面,转速为7200 转/分,盘面有效记录区域的外直径为30cm，内直径为lOcm，记录位密度为250位/mm，磁道密度为8道/mm，每磁道分16个扇区，每扇区512字节，则该硬盘的非格式化容量和格式化容量约为__（58)__，数据传输率约为__（58）__若一个文件超出一个磁道容量，剩下的部分__（60)__。
（58) A.120MB和1OOMBB.30MB和25MBC. 60MB和50MBD.22.5MB 和25MB(59）A.2356KB/sB.3534KB/sC。
7069KB/sD。
1178KB/s（60）A。
存于同一盘面的其它编号的磁道上B。
存于其它盘面的同一编号的磁道上C.存于其它盘面的其它编号的磁道上D。
存放位置随机58：B 59：D 60: BRAID存储器(廉价磁盘冗余阵列）：基本思想是用多个小的磁盘存储器，通过合理的分布数据,支持多个磁盘同时进行访问，从而改善磁盘存储器的性能。
其采用的主要技术: 1．分块技术：把数据分块写到阵列中的磁盘上；2．交叉技术：对分布式的数据采用交叉式进行读写，提高访问速度;3．重聚技术：对多个磁盘空间重新编址，数据按照编址后的空间存放；主要特点如下：1．物理上多个磁盘，但操作系统看是一个逻辑磁盘;2．数据分布在磁盘阵列中的磁盘存储器上；3．采用冗余技术和校验技术提高可靠性，可恢复数据；4．RAID速度快、容量大、功耗低、价格便宜、容易扩展.RAID0:无冗余、无校验,具有最高的I/O性能和最高的磁盘空间利用率RAID1:磁盘镜像、磁盘利用率50%，具有最高的安全性RAID2：海明码纠错、数据分块、并行访问、适合大批量数据、已很少使用RAID3:奇偶校验、数据分块、并行访问、单独校验盘RAID4:奇偶校验、独立存取、单独校验盘、适合访问频繁、传输率低RAID5：独立存取、无单独校验盘、适合访问频繁、传输率低Cache存储器:（对系统和应用程序员都是透明的）(重点)Cache位于主存储器与CPU通用寄存器组之间，全部由硬件来调度，用于提高CPU的数据I/O效率，对程序员和系统程序员都是透明的。
Cache容量小但速度快，它在计算机的存储体系中是访问速度最快的层次。
使用Cache改善系统性能的依据是程序的局部性原理，即程序的地址访问流有很强的时序相关性，未来的访问模式与最近已发生的访问模式相似。
根据这一局部性原理,把主存储器中访问概率最高的内容存放在Cache中,当CPU需要读取数据时就首先在Cache中查找是否有所需内容，如果有则直接从Cache中读取;若没有再从主存中读取该数据，然后同时送往CPU和Cache。
系统的平均存储周期t3与命中率h有很密切的关系，如下的公式：t3=h×t1+(1-h)×t2其中，t1表示Cache的周期时间,t2表示主存的周期时间。
当CPU发出访存请求后,存储器地址先被送到Cache控制器以确定数据是否已在Cache 中，若命中则直接对Cache进行访问，否则直接进行主存访问。
Cache的地址映射是指把主存地址空间映射到Cache地址空间，Cache和主存都使用同样大小的块为单位。
Cache中常见的映射方法有三种.Ø 直接映射：一对一,(不需要替换算法）Ø 全相联映射：多对多Ø 组相联映射:将块划分成组，主存中的一组与Cache相对应，根据高位地址标志符来访问数据，组相联可以允许相同的Block和word标志，而tag标志不同。
随着程序的执行，访问频繁地区将逐渐迁移,Cache中的内容逐渐变得陈旧，访问命中率下降，就需要更新内容。
常用的替换算法有三种。
Ø 随机淘汰法：Ø 先进先出法FIFO：Ø 近期最少使用法LRU：对于这个算法可以从整体上把握,每个的优点、缺点，不需要记算法的过程。
另外，为了保证环存在Cache中得数据与主存中的内容一致,对写操作来说有以下几种方法：Ø 写直达：同时Ø 写回：Ø 标记法例题：●一般来说，Cache 的功能__(53)__。
某32 位计算机的cache 容量为16KB，cache 块的大小为16B，若主存与cache 的地址映射采用直接映射方式,则主存地址为1234E8F8（十六进制）的单元装入的cache地址为__（54）__。
在下列cache 替换算法中,平均命中率最高的是__（55）__。
(53）A.全部由软件实现B。
全部由硬件实现C.由硬件和软件相结合实现D。
有的计算机由硬件实现,有的计算机由软件实现(54) A. 00 0100 0100 1101 (二进制）B。
01 0010 0011 0100 (二进制)C. 10 1000 1111 1000 （二进制)D. 11 0100 1110 1000 （二进制)(55）A.先入后出（FILO)算法B.随机替换（RAND）算法C。
先入先出（FIFO）算法D。
近期最少使用（LRU)算法虚拟存储器:(重点）（对应用程序员透明）虚拟存储系统的作用是给程序员一个更大的虚拟的存储空间，其容量可远远超过主存储器的容量,而与辅助存储器容量相当.我们提供给用户的这个存储器，即在软件编程上可以使用的存储器，就称为虚拟存储器。