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。