计算机组成原理_存储系统结构
计算机组成原理总目录
存储系统结构
1. 存储系统的层次结构
存储系统的层次化结构图如下：
除此之外，存储系统的层次结构还可以分为以下两个层次
- 【Cache——主存】：用于解决主存与CPU不匹配的问题，由硬件自动完成数据交互，对所有程序员透明
- 【主存——辅存】：用于解决存储数据的容量问题，由硬件和操作系统协调完成数据交互，对应用程序员透明（非系统程序员）
透明：指无需了解其工作的详细过程，只需关注其结论或结果即可
就像我们平时使用计算器，我们只需要输入公式即可由计算器得出结果，而不需要去了解其计算器内部的设计、原理、器件等详细信息
存储系统的物理结构
2. 存储系统各层次介绍
2.1 辅存
介绍：辅存也可称之为外部存储器（外存），也是我们平时口语所讲的磁盘
此类存储器断电后仍能保存数据，常见的外存有硬盘、光盘、U盘等。现在电脑常用的SSD固态硬盘，机械硬盘等等就是外部存储器。
CPU如果想访问外存中的数据，必须先把外存的数据保存到主存中，CPU再去读取主存中的数据。
特点：存储容量大、成本低、存取速度慢、可脱机（断电）永久性存储数据
作用：用于解决存储数据的容量问题
分类：辅存包括多种类型的存储器
- 磁带存储器：也就是我们很久之前所使用的磁带，常用来播放音乐，后逐步被MP3以及手机替代。
- 软磁盘存储器：我也没见过，顺便提一下
- 光盘存储器：过去常用来播放音视频，看一些电影或者打游戏，比较老式的主机电脑上也有读取光盘的地方，但如今也逐步被淘汰掉了
- 磁表面存储器：也是如今最为主流的辅存存储器，磁盘的详细工作原理将在I/O系统中会有详细学习
2.2 主存
介绍：主存也就是我们口语经常说的内存/内存条，我们常称其内存大小为运行内存
主存是CPU能直接寻址访问的存储空间。在计算机工作的时候，所有的数据都要先经过内存，然后才能交由处理器CPU去处理
特点：主存储器一般采用半导体存储器，与辅助存储器相比有容量小、读写速度快、价格高等特点，具有易失性（断电后数据消失）
作用：存放指令*和数据
- 例如电脑开机的时候，就会从辅存中读取操作系统到主存中运行。
- 再例如当我们打开QQ，操作系统就会从辅存中将QQ相关程序所需要的数据读取到主存中运行
分类：主存可分为只读存储器【ROM】和随机存储器【RAM】两大类
- ROM（Read Only Memory）是只读存储器，出厂时其内容由厂家用掩膜技术写好，只可读出，但无法改写。信息已固化在存储器中，一般用于存放系统程序BIOS和用于微程序控制。
（1）PROM是可编程ROM，只能进行一次写入操作（与ROM相同），但是可以在出厂后，由用户使用特殊电子设备进行写入。
（2）EPROM是可擦除的PROM，可以读出，也可以写入。但是在一次写操作之前必须用紫外线照射，以擦除所有信息，然后再用EPROM编程器写入，可以写多次。
（3）EEPROM是电可擦除PROM，与EPROM相似，可以读出也可写入，而且在写操作之前，不需要把以前内容先擦去，能够直接对寻址的字节或块进行修改。
（4）闪速存储器（Flash Memory），其特性介于EPROM与EEPROM之间。闪速存储器也可使用电信号进行快速删除操作，速度远快于EEPROM。但不能进行字节级别的删除操作，其集成度高于EEPROM。
- RAM（Random Access Memory）是随机存储器，是构成内存的主要部分，其内容可以根据需要随时按地址读出或写入，以某种电触发器的状态存储，断电后信息无法保存，用于暂存数据（易失性），又可分为DRAM和SRAM两种，一般电脑的主存常用DRAM
2.3 Cache
介绍：也称之为高速缓存器，通常由SRAM（Static Random Access Memory 静态存储器）构成
Cache又分为L1Cache（一级缓存）和L2Cache（二级缓存），L1Cache主要是集成在CPU内部，而L2Cache集成在主板上或是CPU上，而如今二级缓存通常都集成在CPU内
特点：比主存存储器的价格更高，容量更小，速度更快，同样具有易失性（断电数据消失）
作用：解决CPU与主存之间速度不匹配的问题
- 因为CPU工作的速度比RAM的读写速度快，所以CPU读写主存时需要花费时间等待，这样就使CPU的工作速度下降。
于是为了提高CPU读写程序和数据的速度，于是就在主存和CPU之间增加了高速缓存部件Cache。
疑问： 因为Cache和主存都说过由SRAM构成，那么Cache也算作是主存吗？
答：SRAM组成的存储器既可以是主存，也可以是Cache，但区别在于你用它做什么
- 如果它的作用是为了解决CPU与主存之间速度不匹配的问题，那么它就属于Cache
- 如果它的作用仅仅是用来存放指令和数据，那么它就属于主存