存储体系
简述个人计算机中存储体系结构存储系统分类
简述个人计算机中存储体系结构存储系统分类计算机中存储体系结构指的是计算机内存和外存，以及两者之间的结构关系。
计算机中的存储体系结构可以分为两大类：内存存储体系结构和外部存储体系结构。
内存存储体系结构是指将计算机的内存单元组织成有效的结构，以便处理计算机中的信息。
它包括主存储器、辅助存储器、高速缓存存储器等。
主存储器是指将计算机中的信息暂时存储起来的主要设备，主存储器有多种类型，如RAM（随机存取存储器）、ROM（只读存储器）、SRAM（静态随机存取存储器）、DRAM（动态随机存取存储器）等。
辅助存储器是指在计算机中用于存储信息的一种存储器，它的容量远大于主存储器，通常用来存储大量的程序和数据，或者处理较长时间的运算，它可以是磁盘、磁带、光盘等。
高速缓存存储器是计算机中用来缓存主存储器中程序和数据的设备，它具有较高的存取速度，容量也较小，具有极高的速度，可以大大提高计算机的计算速度。
外部存储体系结构是指在内存存储体系结构和用户程序之间所连接的存储体系结构。
外部存储体系结构的主要设备有：磁盘系统、磁带系统、光盘系统、软盘系统等。
其中，磁盘系统是一种最主要的存储设备，它可以缓存大量的程序和数据，可以长时间的保存，它的容量大，存取速度也较快，是大多数用户更多使用的外存储设备。
磁带系统通常用来长期存储大量的信息，其优点是容量大，存取速度慢，而光盘系统则是一种快速存取、容量较小、适用范围较窄的存储体系结构，大多数用于存放小型文件、图片、音乐等，而软盘系统则是一种具有较小容量的存储体系结构，主要用于存储少量的指令和数据，一般用于较小型的计算机系统中。
计算机中存储体系结构对于计算机性能的提高和数据处理的准确性起着重要作用，它在计算机系统中占据着举足轻重的地位。
选择合适的存储体系结构类型，可以有效地提高计算机的效率，从而使计算机可以更加高效地处理大量的数据。
同时，正确地运用存储体系结构的知识也是对计算机系统管理的重要一环。
存储器系统
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。
计算机三级存储体系
三级缓存是为读取二级缓存后未命中旳数据设 计旳—种缓存，在拥有三级缓存旳CPU中，只有约5% 旳数据需要从内存中调用，这进一步提升了CPU旳效 率。其运作原理在于使用较迅速旳储存装置保存一 份从慢速储存装置中所读取数据且进行拷贝，当有 需要再从较慢旳储存体中读写数据时，缓存(cache) 能够使得读写旳动作先在迅速旳装置上完毕，如此 会使系统旳响应较为迅速。
四小组第二次讨论报告
计算机三级存储体系
first
Introduction:
一级缓存都内置在CPU内部并与CPU同 速运营，能够有效旳提升CPU旳运营效率。 一级缓存越大，CPU旳运营效率越高，但 受到CPU内部构造旳限制，2 CACHE)出现是为了协调一级
缓存与内存之间旳速度。二级缓存比一级缓存 速度更慢，容量更大，主要就是做一级缓存和 内存之间数据临时互换旳地方用。实际上，目 前Intel和AMD处理器在一级缓存旳逻辑构造设 计上有所不同，所以二级缓存对CPU性能旳影 响也不尽相同。
丢失”旳特征。
QUESTION:
计算机为何要使用三级存储体 系?
second
计算机旳三级存储系统处理 存储器速度、容量、价格三者之 间旳矛盾，而且提升了CPU访存速 度，改善了系统旳总体性能。
谢谢观看！
• 高速缓冲存储器用来改善主存储器与中央处 理器旳速度匹配问题；辅助存储器用来扩大 存储空间。
CPU、处理器、内存、外 存、寄存器、缓存旳区别
1、CPU：Central Process Unit中央处理器单元，即CPU属于处理器。 2、CPU中有寄存器，所以寄存器“外旳存速”度。最快！内存、外存统称为CPU旳 3、高速们缓之存间是速存度储不在匹C配P旳U中矛旳盾，，它使是得介内于存C访P问U与CP内U存旳知时己候旳较，快以。缓解它 4、缓存是指在以内缓存解中C划P分U与出外一设块处区理域速用度于不存匹储配常旳使问用题旳。输入输出数据， （ 内5存内、具存CP有、U“外与掉存（电）内信是存息指、全对外部存存消储）失器是”旳不旳划同特分旳征，概，内念而存，外旳C存速PU则度是具较一有外种“存独掉旳立电速旳信度概息快念也，，不而而会且
【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。
存储体系的概念
材料工艺 ECL
ECL SRAM
分配管理 编译器分配 硬件调度 硬件调度
带宽 400-8000 400-1200 200-800
（待续）
各级存储器的主要性能特性（续）
存储器层次 主存储器 磁盘存储器 脱机存储器
存储周期 60-300ns 10 - 30ms 2 - 20 min
存储容量 32M-1GB 1G-1TB 5G-10TB
映像机构：映像方式的实现。如何识别和查找 高层存储器的信息块。
替换策略：访问失效后，如何淘汰信息块，而 换新块。
写策略：写操作时采用何种策略以保持相邻两 级存储器中数据的一致性，发生写操作失效时 是否将被写的块从低层存储器取入高层存储器。
访问效率
设：r TA2 / TA1
则：e TA1
TA1
1
TA HTA1 (1 H )TA2 H (1 H )r
访问效率说明
R-1 越好
R取决于个层次的各级器件 和设备特性，命中率，容量 及替换算法有关。
访问效率 1.0 0.8
E-1 H在r较大时，H要高。0.6
i
H与地址预知算法及M1的容量有关 H----1 好
存储层次的等效访问时间
TA HTA1 (1 H )TA2 设：TB为块交换时间。 TA2 TB TA1 , 则：TA TA1 (1 H )TB
1.TA TA1 2.TA2 TA1 ,TA2 TB
从应用程序员看，它是一个存储器。
这个存储器的速度接近速度最快的那个存储器 存储容量与容量最大的那个存储器相等 单位容量的价格接近最便宜的那个存储器。
解决速度
CPU中设置通用寄存器 采用存储器的多体交叉并行存取 采用存储层次 Cache
存储体系架构对比分析
Isilon OneFS
其他集群文件系统
架构比较
架构简单，每个节点均对能，功能一致
有管理节点，元数据节点，数据节点
协议支持
内嵌支持标准NFS/CIFS协议
私有协议，使用需安装客户端；如果要使用NFS/CIFS协议，需独立部署NFS/CIFS服务器
文件系统扩容
60秒在线扩容；以单个节点为单位；
扩容方式复杂，耗时长以一对控制器为单位进行扩容；
EMC Isilon 优势
单一文件系统，可扩展致20PB，易管理易扩展，简化运维成熟文件系统，应用已经十年以上，遍布高性能计算，媒体，科学研究，基因测序等领域，全球客户4700以上支持存储分层，可优化性能，降低成本支持文件系统快照，定期保护数据支持远程复制，可进一步提高业务连续性高可靠性保护，最大可以容忍4个节点或4块磁盘同时故障支持Hadoop大数据分析
具备企业级存储特性
快照，远程复制，WORM，虚拟化环境支持
不支持
服务支持
自主知识产权原厂服务
大多根据开源软件；仅能维护外围功能。
性能
单节点性能及聚合性能都排名靠前具体可参考Gartner报告（见后续）
单节点性能差；依靠节点数量达到高聚合带宽
可靠性
N+4（最大容忍4个磁盘或4节点同时损坏）
最多容忍2个磁盘损坏或1个节点损坏
商用集群存储：EMC Isilon，IBM GPFS
开源集群存储：GlusterFS
Байду номын сангаас 集群存储两种部署方式的扩展性
元数据服务器
数据节点
元数据服务器
数据节点
数据节点
数据节点
元数据流
数据流
分布式元数据和数据流
简述计算机的存储体系
简述计算机的存储体系
计算机的存储体系一般分为主存储器和辅助存储器两部分。
主存储器是指计算机用于暂时存储数据和指令的存储空间，一般采用半导体随机存取存储器（RAM）作为主存储器。
它的特点是容量较小，但读写速度快。
辅助存储器是指计算机用于永久存储数据和指令的存储空间，如硬盘、光盘、闪存等。
它的特点是容量大，但读写速度相对较慢。
在辅助存储器中，硬盘是最常见的存储设备，它采用磁性储存技术，可以存储大量的数据，读写速度相对较快，但相对于主存储器还是较慢。
光盘主要分为CD-ROM、DVD-ROM和蓝光光盘等，它们的存储容量逐步提高，但读写速度相对较慢，主要用于存储影音等大容量数据。
闪存则是一种非易失性存储器，具有读取速度快、耐用性强等特点，主要用于存储移动设备的数据。
除了主存储器和辅助存储器，还有一些高速缓存存储器，它们通常位于CPU内部，用于暂时存储CPU经常使用的数据和指令，以加快CPU的运算速度。
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存储安全管理体系认证
存储安全管理体系认证存储安全管理体系认证是指对一个组织的存储安全管理体系进行第三方认证评定，以确认其符合相关的标准和要求，为组织提供存储安全管理方面的认证证书，证明该组织已经建立并实施了一套符合国际标准和国内法规的存储安全管理体系，有效提升组织的信息安全管理能力和整体安全水平。
在国内，存储安全管理体系通常是指《信息安全技术存储安全技术要求》（GB/T35273-2017）所规定的存储体系安全要求。
该标准是由中国国家标准化委员会发布的国家标准，要求组织在存储安全管理方面建立并实施相应的制度和程序，并对存储系统和数据进行高度保护，以确保存储信息的保密性、完整性和可用性。
与此在国际上，存储安全管理体系通常是指国际标准ISO/IEC 27001所规定的信息安全管理体系。
一、组织的存储安全管理方针与目标。
组织需要在其存储安全管理体系中制定并实施存储安全政策和目标，要求整个组织及其员工遵守相关法律、法规和标准，以保证存储系统和数据的安全性。
二、组织的安全管理架构和流程，例如组织对存储安全管理的职责、权限、审计流程等的规定。
同时也需要进行组织安全分析，评估存储系统和数据的风险，建立存储安全风险管理流程。
三、存储安全系统的综合运行情况。
需要从存储安全策略的规划、存储系统的配置、存储设备的维护、存储数据的备份等多角度去评价存储安全管理体系的综合运行情况。
四、组织的应急管理体系，例如面对备份数据不完整、存储设备故障等情况如何采取应急措施。
五、相关工作的监控和不断改进。
需要对存储安全管理体系的完整性和有效性进行监控，并及时对不足之处进行改进。
存储安全管理体系认证可以帮助组织健全存储安全的管理体系，提高其信息安全水平，降低存储风险，促进信息化建设的可持续稳定发展。
存储安全管理体系认证的好处有哪些呢？1. 提高组织的信息安全管理水平存储安全管理体系认证可以使组织建立一套符合国际标准和国内法规的存储安全管理体系，有效提升组织的信息安全管理能力，提高整体安全水平。
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存储体系
本章重点是页式虚拟存储器映象及地址变换过程；LRU，FIFO的替换算法；LRU的堆栈分析过程；Cache组相联地址映象和LRU块替换；虚存，Cache的性能分析，要求达到综合应用的水平。
本章是重点章。
要求掌握的基本概念有：LRU,FIFO ,全相联、直接映象，组相联，快表、命中率，地址变换，页式，段式，段页式管理，虚拟存储器，高速缓存等等。
一、访存的局部性原理
计算机对存储器的要求是高速度、大容量、低价格。
从大量的统计中得到的一个规律是，程序中对于存储空间90%的访问局限于存储空间的10%的区域中，而另外10%的访问则分布在存储空间的其余90%的区域中。
这就是通常说的局部性原理。
访存的局部性规律包括两个方面：
1、时间局部性：如果一个存储项被访问，则可能该项会很快被再次访问。
2、空间局部性：如果一个存储项被访问，则该项及其邻近的项也可能很快被访问。
人们为了解决存储器容量和速度的矛盾，应用了访问局部性原理，把存储体系设计成为层次化的结构以满足使用要求。
在这个层次化存储系统中，一般由寄存器、高速缓存(Cache)、主存(内存)、外存(硬盘等)组成。
其中寄存器是最高层次的存储部件，容量最小，速度最快。
寄存器对程序员是不透明的，对它的访问需按寄存器名访问而不是按地址。
二、存储体系构成的基本原理
由于存储体系采用了分层的结构，因此存储体系中各层次之间的数据访问如何的管理就显得相当重要。
一般都把管理功能分布在各个层次上，每个层次的存储管理控制器控制这一层和与之相关一层的数据访问。
层间传递数据的单位称为块或页。
命中率指命中的访问次数和总访问次数之比、失效率是失效的访问次数和总访问次数之比。
命中时间包括判断是否命中所需时间和对上层存储器访存所需时间，失效时间则包括对下层存储器的访问时间和将下层存储器中数据调入上层存储器所需时间(传输时间) 存储器设计的目标是降低平均访问时间而不是单单提高命中率。
也就是说层次化存储器的速度性能指标是访存的平均时间。
另外还有带宽(频宽)、存储周期等指标。
平均访问时间=命中时间+失效时间×失效率
层次化存储体系必须解决的三个问题：
1.定位问题：数据块在较高层存储器中存放在哪个位置?怎样确定并且找到该块?这是块的标识和寻址问题。
一般用查表法来映象块或页的定位、标识和寻址。
2.替换问题：不命中时，要从下层调入上层数据块，若上层满，则此时如何将上层中的数据置换出去?什么方法好。
这就是替换策略的问题。
3.更新问题：在需要写访问时，何时将上层中得到的结果写到下层存储器中? 因为上层数据在经过运算后比下层的数据新，则这种写的方式就是为了解决上下层数据一致性的问题。
本章的内容就是围绕着这三个问题的解决而展开的。
解决好这三个问题，层次化存储体系管理的主要问题也就解决了。
三、高速缓冲存储器(Cache)
这一节的内容就是讲述关于Cache高速缓存如何解决上述三个问题展开的内容，其他各层的管理基本上与它的解决办法类似。
高速缓存是位于CPU和主存之间的高层存储子系统。
采用高速缓存的主要目的是提高存储器的平均访问速度，从而使存储器的速
·对于多道程序系统和多用户系统，虚存的保护是必不可少的。
存储系统的保护分存储区域的保护和访问方式的保护。
对虚拟存储器的保护方式有映象表保护法、键保护法和环式保护法等。