存储器系统的层次结构

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现代计算机对存储系统有3个基本的要求,即存取时间短、存储容量大和价格低(每一位的平均价格)。这3个要求是互相制约的,存储器的存取时间越短,每一位的价格就越高;存储器的容量越大,存取时间就越长。根据当前所能达到的技术水平,仅用一种工艺技术做成的存储系统不可能同时满足这3个基本要求。因此,存储系统采用由小容量的高速缓冲存储器、主存储器和大容量的低速外存储器组成的层次结构,具有这种层次结构的存储系统如图1所示。

                            2.1.3.png

                         图1  存储器系统的层次结构

在图1中,从上往下,存取时间和容量依次增加,每位价格依次减少,即高速缓冲存储器的存取时间最短,容量最小,每位价格最贵。外部存储器的存取时间最长,容量最大,每位价格最便宜。在这种存储系统中,高速缓冲存储器的高速可以弥补主存储器在速度方面的不足,而外部存储器的大容量可以弥补主存储器在容量方面的不足。

如果计算机系统中没有高速缓冲存储器,CPU直接访问主存储器。一旦有了高速缓冲存储器,CPU当前要使用的指令和数据都是先通过访问高速缓冲存储器获取,如果高速缓存中没有,才会访问主存储器。另外,CPU不能直接访问外部存储器,当需要用到外部存储器上的程序和数据时,先要将它们从外部存储器调入主存储器,再从主存储器调入高速缓存后为CPU所使用。