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第三章 存储系统

【复习提示】
本章是历年考査的重点，特别是有关 Cache和存储器扩展的知识点容易出综合题。此外，存储器的分类与特点，存储器的扩展(芯片选择、连接方式、地址范围等)，低位交叉存储器，Cache的相关计算与替换算法，虚拟存储器与快表也容易出选择题。读者应在掌握基本原理和理论的基础上，多结合习题进行练习复习，以加深和巩固。另外，读者还需掌握存在 Cache和TLB的计算机中的地址翻译与 Cache映射问题，该问题在《操作系统考研复习指导》中有详细说明。
本章有两个难点：一是 ache映射规律、容量计算及替换特性；二是交又存储器访问时间和访问效率。二者都可与第5章的大题综合，或与第6章总线访问内存时间的计算问题综合。

在学习本章时，请读者思考以下问题：

1)存储器的层次结构主要体现在何处？为何要分这些层次？计算机如何管理这些层次？
2)存取周期和存取时间有何区别？
3)在虚拟存储器中，页面是设置得大一些好还是设置得小一些好？
请读者在学习本章的过程中寻找答案，本章末尾会给出参考答案。

3.1 存储器概述
3.1.1 存储器的分类
相联存储器的基本原理是把存储单元所存内容的某一部分作为检索项（即关键字项）去检索该存储器，并将存储器中与该检索项符合的存储单元内容进行读出或写入。所以它是 按内容或地址进行寻址的，价格较为昂贵。 一般用来制作TLB、相联 Cache等。

按在计算机中的作用对存储器分类：

1> 主存储器,简称主存。CPU可以直接随机地对其进行访问，也可以和高速缓存器及辅助存储器交换数据。

2> 辅助存储器,简称辅存，不能与CPU直接相连，用来存放当前暂时不用的程序和数据

3> 高速缓冲存储器,位于主存和CPU之间，用来存放正在执行的程序段和数据

按存储介质分类：

磁表面存储器（磁盘，磁带），磁心存储器半导体存储器（MOS型存储器，双极存储器）和光存储器（光盘）。
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，而且存取时间与存取单元的物理位置无关，主要用作主存或高速缓冲存储器。

2> 只读存储器（ROM）。存储器的内容只能随机读出而不能写入。。即使断电，内容也不会丢失。

3> 串行访问存储器。对存储单元进行读/写操作时，需按其物理位置的先后顺序寻址，包括顺序存取存储器（如磁带）与直接存取存储器（如磁盘）。

按信息的可保存性分类：

断电后，存储信息即消失的存储器，称为易失性存储器，如RAM。断电后信息仍然保持的存储器，称为非易失性存储器，如ROM，磁表面存储器和光存储器。若某个存储单元所存储的信息被读出时，原存储信息被破坏，则称为破坏性读出；若读出时，被读单元原存储信息不被破坏，则称为非破坏性读出。具有破坏性读出性能的存储器，每次读出操作后，必须紧接一个再生的操作，以便恢复被破坏的信息。

 

3.1.2 存储器的性能指标
存储器的性能指标，有3个主要的性能指标，存储容量，单位成本和存储速度

1> 存储容量：存储字数*字长

2> 单位成本：每位价格=总成本/总容量

3> 存储速度：数据传输率=数据的宽度/存储周期

存取时间：存取时间时指从启动一次存储器操作到完成该操作所经历的时间，分为读出时间和写入时间。

存取周期：它是指存储器进行一次完整的读写操作所需的全部时间，即连续两次独立访问存储器操作（读或写操作）之间所需的最小时间间隔。

主存带宽：主存带宽又称数据传输率，表示每秒从主存进出信息的最大数量，单位为字/秒，字节/秒
存取时间不等于存储周期，通常存储周期大于存取时间。因为任何一种存储器，在读写操作之后，总要有一段恢复内部状态的复原时间。