计算机系统结构分级存储器体系
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。
计算机系统结构简介
计算机系统结构简介计算机系统结构是指计算机硬件与软件的组织和设计方式，它是计算机系统功能实现和性能提升的基础。
本文将介绍计算机系统结构的主要组成部分以及它们之间的相互关系。
一、中央处理器（Central Processing Unit, CPU）中央处理器是计算机系统的核心组成部分，它负责执行计算机指令、控制和处理数据。
CPU包括算术逻辑单元（Arithmetic Logic Unit, ALU）和控制单元（Control Unit, CU），其中ALU负责进行算术和逻辑运算，CU则负责指令的解码和执行。
二、存储器（Memory）存储器用于存储计算机程序和数据，它分为主存储器（Main Memory）和辅助存储器（Auxiliary Storage）。
主存储器是CPU能够直接访问的存储空间，常用的主存储器包括随机存取存储器（Random Access Memory, RAM）和只读存储器（Read-Only Memory, ROM）等。
辅助存储器则用于扩展主存储器的容量，如硬盘、光盘等。
三、输入输出设备（Input-Output Devices）输入输出设备用于与计算机系统进行交互，它可以将外部设备的数据输入到计算机系统中，或者将计算机系统的数据输出到外部设备中。
常见的输入输出设备包括键盘、鼠标、显示器、打印机等。
四、总线（Bus）总线是计算机系统中不同组件之间传送数据和控制信息的通道，它分为地址总线、数据总线和控制总线。
地址总线用于指示数据在存储器中的位置，数据总线用于传输数据，控制总线用于传送控制信号。
五、操作系统（Operating System）操作系统是计算机系统的核心软件，它负责管理计算机系统的资源、控制程序的执行、提供用户接口等功能。
常见的操作系统有Windows、Linux、macOS等。
六、指令系统（Instruction Set）指令系统是计算机系统中的一组机器指令，它规定了CPU能够执行的操作和数据的表示方式。
【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。
现代计算机系统多级存储体系结构
现代计算机系统多级存储体系结构示例文章篇一：哎呀，你们知道吗？现代计算机系统居然有个多级存储体系结构，这可太神奇啦！就像我们的书包一样，有大口袋、小口袋，不同的东西放在不同的地方。
计算机的存储体系也是这样，分成了好几级呢！先来说说速度最快的那一级，就像我们书包里伸手就能拿到的小口袋，这就是高速缓存。
它的速度超级快，就像闪电一样！每当计算机要处理数据的时候，它都会先瞅瞅高速缓存里有没有，要是有，那可太棒啦，一下子就能用上。
这难道不厉害吗？再往下一级，就是内存啦。
内存就像是书包里比较大的隔层，能装不少东西，但是速度比起高速缓存可就慢了一些。
不过也还算不错啦，能让计算机把更多的数据存起来。
还有更慢的呢，比如说硬盘。
硬盘就像一个超级大的仓库，能存好多好多东西，但是找起来可就费劲啦，速度也慢得让人着急。
这多级存储体系结构就像一个团队在合作。
高速缓存是冲锋在前的先锋队，速度快但容量小；内存是中坚力量，容量大一些速度也还可以；硬盘就是大后方，能存储海量的数据。
它们各司其职，共同为计算机的运行努力着。
你想想，如果没有这样分级存储，计算机不就乱套啦？就好像我们书包里所有东西都混在一起，找个铅笔都要翻半天，那多耽误事儿呀！所以说，现代计算机系统的多级存储体系结构真的太重要啦！它让计算机能够高效、快速地处理和存储数据，让我们能愉快地使用电脑玩游戏、看电影、学习新知识。
这难道不是科技的魅力所在吗？我觉得呀，正是有了这样聪明的设计，我们的生活才变得更加便捷和丰富多彩！示例文章篇二：哇塞！同学们，你们知道吗？现代计算机系统有一个超级厉害的多级存储体系结构！这就像我们上学要带不同的书包和文具盒一样，有大有小，各有各的用处。
比如说，我们的主存，就像是我们每天背的大书包，能装好多好多的东西，但是呢，它的速度没有那么快。
而那个高速缓存呀，就像是我们的小文具盒，虽然装的东西没有大书包多，但是拿东西的速度可快啦！我还记得有一次上计算机课，老师给我们讲这个多级存储体系结构，我一开始还懵懵懂懂的。
知识点归纳 计算机架构中的指令集与存储器层次结构
知识点归纳计算机架构中的指令集与存储器层次结构计算机架构中的指令集与存储器层次结构计算机架构是计算机系统的基本组成和工作原理的体系结构，它包括指令集和存储器层次结构。
指令集是计算机的机器指令集合，用于操作和控制计算机硬件；而存储器层次结构则是计算机系统中处理器和主存之间的一系列存储器层级，用于加快数据访问速度和提高系统性能。
本文将对计算机架构中的指令集与存储器层次结构进行归纳总结。
一、指令集1.1 CISC指令集体系结构CISC（Complex Instruction Set Computer）指令集体系结构为每个操作提供了丰富的指令集，具有指令编码短、程序紧凑的特点。
CISC计算机的指令集设计考虑了高级语言并提供了高级指令，但指令复杂度高，执行速度较慢。
1.2 RISC指令集体系结构RISC（Reduced Instruction Set Computer）指令集体系结构精简了指令集，每个操作都由一条简单、固定长度的指令来实现。
RISC计算机的指令集设计追求指令的简洁性和执行速度，但需要编译器对指令进行优化，使得程序执行更加高效。
1.3 x86指令集x86指令集是当前主流的个人计算机指令集，其结构可以看作是CISC和RISC的混合形式。
x86指令集保留了一部分CISC指令，同时加入了一些RISC特性，以提高指令执行的效率。
二、存储器层次结构2.1 高速缓存（Cache）高速缓存是存储器层次结构中最接近处理器的一级缓存，用于存放处理器频繁访问的数据和指令。
高速缓存分为L1缓存和L2缓存，其中L1缓存位于处理器内部，速度最快，容量较小；L2缓存位于处理器外部，速度较慢，容量较大。
2.2 主存（Main Memory）主存是计算机中用于存储程序和数据的主要存储器，也是计算机存储器层次结构中相对较慢的部分。
主存的存取速度相对较慢，但容量较大。
2.3 辅助存储器辅助存储器用于存储程序和数据的永久性存储，通常采用磁盘、固态硬盘或者磁带等形式。
计算机体系结构中的存储器层级
计算机体系结构中的存储器层级计算机体系结构是指计算机硬件系统中相互关联的各个组成部分及其之间的工作方式和结构。
在计算机体系结构中，存储器层级是一个关键组成部分。
存储器层级是指计算机内存的不同层次，按照速度和成本的不同，从高速、小容量的寄存器到低速、大容量的辅助存储器，构成了一个层次结构。
本文将探讨计算机体系结构中的存储器层级及其作用。
1. 寄存器寄存器是CPU内部最快的一级存储器，用于存储指令、数据和地址等临时数据。
寄存器位于CPU的芯片内部，访问速度非常快，通常可以在一个时钟周期内完成数据的读写操作。
由于寄存器的容量有限，一般只能存储一小部分数据，但它们对CPU的运行至关重要，可以提供快速的数据交换和运算。
2. 高速缓存高速缓存是位于CPU和内存之间的一级高速存储器。
它的主要作用是提供CPU近期使用的数据和指令，以加快访问速度。
高速缓存的容量比寄存器大，可以存储更多的数据。
高速缓存通常分为多级，例如L1、L2和L3缓存，其中L1缓存离CPU最近，速度最快，而L3缓存离CPU最远，速度较慢。
3. 内存内存是计算机中主要的存储介质，它能够存储正在使用的程序和数据。
内存的访问速度比较快，但相对于寄存器和高速缓存来说仍然较慢。
内存的容量相对较大，通常以GB为单位。
内存按照地址进行划分，并且能够被CPU直接寻址，但需要通过内存控制器进行数据的读写操作。
4. 辅助存储器辅助存储器包括磁盘、固态硬盘（SSD）和光盘等，它们位于计算机内部或外部，用于长期存储数据和程序。
辅助存储器的容量非常大，可以达到TB级别。
相比于其他存储器层级，辅助存储器的访问速度较慢，但它具有非常重要的持久性特征，即使计算机断电，数据也能得到保留。
存储器层级的设置是为了平衡计算机处理器的速度和存储器的容量。
高速存储器层级可以提供快速的数据访问，以满足CPU的运算需求；而容量较大的存储器层级可以存储更多的数据，保证程序的正常运行。
同时，存储器层级也有助于节省成本，因为高速存储器的成本显然比较贵，而容量较大的存储器成本比较低。
计算机体系结构基本概念
计算机体系结构基本概念计算机体系结构是指计算机系统中的各个组成部分之间的关系和交互方式。
它是计算机硬件与软件之间的接口，决定了计算机系统的工作方式、性能表现以及可扩展性。
本文将介绍计算机体系结构的基本概念和相关内容。
一、计算机体系结构的概述计算机体系结构是指计算机系统的结构组织，包括硬件和软件。
主要由计算机硬件、指令系统、运算方式和数据流组成。
计算机体系结构的目标是提供高性能、可靠性、可扩展性和高效能的计算机系统。
计算机体系结构的设计通常以指令集架构和微架构为基础。
二、指令集架构指令集架构是计算机体系结构中的一个重要概念。
它定义了计算机系统处理信息的方式。
指令集架构包括计算机的指令集、寄存器、数据类型和地址模式等。
根据指令集的不同，可以将计算机体系结构分为复杂指令集计算机（CISC）和精简指令集计算机（RISC）。
三、微架构微架构是指计算机体系结构的实现方式。
它包括处理器的内部结构、数据通路、控制流和存储相关的电路设计。
微架构的设计影响着计算机系统的性能和功能。
常见的微架构包括超标量、乱序执行和流水线等。
四、存储结构与存储器层级存储结构是指计算机系统中用于存储数据的层次结构。
存储器层级分为寄存器、高速缓存、内存和辅助存储器等。
不同层级的存储器具有不同的特点，如容量、速度和价格等。
存储结构的设计旨在提高计算机系统的访问速度和运行效率。
五、总线结构总线结构是计算机体系结构中连接各个组件的通信系统。
它包括地址总线、数据总线和控制总线等。
总线结构的设计影响着计算机系统的数据传输速度和可扩展性。
六、并行处理与多核技术并行处理是指多个处理器或计算单元同时执行指令，提高计算机系统的运行速度和性能。
多核技术则是将多个处理核心集成到同一个芯片上，实现并行运算。
并行处理和多核技术在高性能计算、科学计算和图像处理等领域得到广泛应用。
七、虚拟化技术虚拟化技术是指通过软件将计算机资源抽象为多个逻辑实体，实现多个操作系统和应用程序的隔离和共享。
计算机体系结构中的存储器层次结构
计算机体系结构中的存储器层次结构计算机体系结构中的存储器层次结构是指计算机系统中不同级别的存储器单元组织和层次结构。
存储器作为计算机系统中的核心组成部分，在数据存储和访问中起着重要的作用。
合理的存储器层次结构可以提高计算机系统的性能和效率，同时减少成本和功耗。
一、存储器的种类计算机系统中的存储器包括主存储器（主内存）和辅助存储器（外部存储器）两种类型。
主存储器是计算机系统中用于存放当前执行的程序和数据的存储设备，具有容量大、访问速度快的特点。
而辅助存储器则是用于长期存储数据和程序的设备，具有容量大、访问速度相对较慢的特点。
二、存储器层次结构的原则存储器层次结构的设计需要综合考虑容量、访问时间和成本等方面的因素。
常见的存储器层次结构包括寄存器、高速缓存、主存储器和辅助存储器等多级结构。
下面将对每个级别的存储器进行详细介绍。
1. 寄存器寄存器是位于CPU内部的最高速度的存储器，容量极小，但访问速度非常快。
寄存器直接被CPU使用，用于存放临时数据、操作数和地址等。
由于寄存器的容量较小，通常以位来计量其大小，如8位寄存器、16位寄存器等。
2. 高速缓存高速缓存是位于CPU和主存储器之间的一级缓存，用于缓存最常访问的数据和指令。
高速缓存的容量较大，访问速度也较快，能够有效降低CPU对主存储器的访问时间。
高速缓存一般分为L1、L2和L3三级，层级越高容量越大，但访问速度越慢。
3. 主存储器主存储器是计算机系统中能够直接被CPU访问的存储设备，存放程序和数据。
主存储器的容量较大，访问速度相对较慢。
主存储器根据访问方式的不同，又可以分为RAM（随机访问存储器）和ROM（只读存储器）等类型。
4. 辅助存储器辅助存储器是计算机系统中的外部存储设备，如硬盘、光盘和闪存等。
辅助存储器的容量很大，但访问速度较慢。
辅助存储器主要用于长期存储数据和程序，可以提供持久化的存储。
三、存储器层次结构的优化合理设计和优化存储器层次结构可以提高计算机系统的性能和效率。
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Cache
Terminology
Latency & Bandwidth
The time requested for the cache miss depends on both the latency and bandwidth
. Latency determines the time to retrieve the first word of the block
memory and disk
Cache
Terminology
Cache hit when the CPU finds a requested data item in the cache
Cache miss When the CPU does not find a data item it needs in cache
A safe place for hiding or storing things The first level of the memory hierarchy encountered once the address leaves
the CPU Whenever buffering is employed to reuse commonly occurring items The cache and main memory have the same relationship as the main
. Bandwidth determines the time to retrieve the rest of the block
Cache
Terminology
Block A fixed-size collection of data containing the requested word Block is retrieved from the main memory and placed into the cache for reuse later
Pages Fixed-size blocks At anytime each pages resides either in main memory or on disk
Cache
Terminology
Page fault When the CPU references an item within a page that is not present in the cache or main memory. When page fault happens, CPU will switch to some other task while disk access occurs.
Computer Architecture 计算机系统结构
Chapter 4 Memory Hierarchy
Ideally one would desire an indefinitely large memory capacity such that any particular …word would be immediately available …We are …forced to recognize the possibility of constructing a hierarchy of memories each of which has greater capacity than the preceding but which is less quickly accessible.
Because of locality and the higher speed of smaller memories, a memory hierarchy can improve performance.
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Memory Hierarchy
Level
1
Name
Registers
Typical size
A.W. Burks, ……
Memory Hierarchy
Registers Stack Cache
Memory Disk Other Storages
Memory Hierarchy
We focus on the memory hierarchy for desktop Registers Cache Main Memory Disk storage
80 - 250 1000 - 5000 operating system disk
5,000,000 20 - 150 operating system/operator CD or Tape
Small >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>> large Fast <<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<< Slow
Registers and Stack
Built in CPU
(Top of Stack) TOS1
TOS2
processor register
ALU
Example: The code sequence for C=A+B:
Push A Push B Add Pop C
processor register 235
<1 KB
Implementation Technology
custom memory with multiple ports CMOS
Access time (ns)
0.25 - 0.5
Bandwidth (MB/sec) 20,000- 100,000
Managed by
compiler
Backed by
23
ALU
A B C
memory
A2
B3
C
5
memory
A=2 B=3 C=A+B=2+3=5
Push A : TOP1=2
Push B: TOP1=3 TOP2=2
Add: TOP1=5
POP C: move the data in TOP1 to memory C
Cache
First Memory After CPU
cache
2 Cache <16 MB on-chip or offchip CMOS SRAM 0.5 - 25 5000 - 10,000
hardware
main memory
3 Main memory <16 GB
4 disk storage >100 GB
CMOS DRAM magnetic disk