操作系统原理学习笔记(十八)-存储器的层次结构

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多层结构的存储器系统

  • 存储器的多层结构
    • 通用计算机中,存储层次至少具有三级:
      • 最高层为CPU寄存器。
      • 中间为主存。
      • 最底层为辅存。
    • 根据具体功能,可细分为六层:
      • 寄存器。
      • 高速缓存。
      • 主存储器。
      • 磁盘缓存。
      • 固定磁盘。
      • 可移动存储介质。
    • 层次越高,越靠近CPU,存储介质速度越快,价格越高,相对容量更小。
    • 寄存器,高速缓存,主存储器,磁盘缓存均属于OS中存储管理的范畴,掉电后数据丢失。
    • 固定磁盘与可移动存储介质属于设备管理的范畴,存储的信息可长期保存。
  • 可执行存储器
    • 寄存器与主存储器又被称为可执行存储器。
    • 与辅存的访问机制不同,访问时间也不同。
    • 使用load或store指令访问可执行存储器。
      • 辅存的访问需要通过I/O设备。

主存储器

  • 简称内存或主存,也称可执行存储器。
  • 处理机从中取得指令和数据,并将指令放入指令寄存器,将数据装入数据寄存器中。
  • 早期内存由磁芯做成,容量为数十KB。现在内存由VLSI构成,容量从数十MB到数GB。
  • 主存储器访问速度远低于CPU执行指令的速度,因此,引入了寄存器与高速缓存。

寄存器

  • 与处理机相同的访问速度。
  • 可与CPU协调工作,但价格昂贵。
  • 当前微机系统和大中型机中,寄存器数目有数十个,字长通常为32位或64位。
    • 嵌入式系统中,有几个,字长通常为8位。

高速缓存

  • 介于寄存器与存储器间,主要用于备份主存中的常用数据
    • 可减少处理机对主存储器的访问次数,提高效率。
  • 容量远大于寄存器,比内存小两三个数量级。
    • 大小为几十KB到几MB。
  • CPU访问一组特定信息时,先检查是否在高速缓存中,不在才访问内存。

磁盘缓存

  • 用来缓和磁盘I/O操作与主存速度的不匹配。
  • 用于暂时存放频繁使用的磁盘数据。
  • 并不是实物,而是利用主存的部分存储空间。

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