五

• (1)计算机内部为何要采用层次结构存储体系?层次结构存储体系如何构成?
  
  • 一种元件制造的存储器很难同时满足容量大、速度快、成本低的要求，因此在计算机中把各种不同容量和不同存取速度的存储器按一定的结构有机组合，以形成层次化存储结构。
    
  • 因为程序访问的局部性特点，使得当前访问单元所在的一块信息从慢速存储器装入快速存储器后的一段时间内，CPU总能在快速存储器中访问到需要的信息，而无需访问慢速存储器，从而提升执行程序的性能。因此，层次结构存储系统可以在速度、容量和价格方面达到较好的综合指标
    
  • 寄存器=》高速缓存cache=》主存储器=》辅助存储器（硬盘）=》海量后备存储器（磁带库，光盘库）。
    
    • 层次结构存储系统中，数据只能在相邻两层之间传送，读数据时总是从满存储器按固定单位传送到快速存储器，且靠近CPU的相邻层之间的传送单位小，远离CPU的相邻层之间的传送单位更大
      
    • 层次结构存储系统中，CPU需要访问存储器时，先访问cache，若不在cache，再访问主存，若不在主存，则访问硬盘，此时，从硬盘独处信息送主存，然后再从主存送cache
      
• (2)为什么采用地址对齐方式能减少访问DRAM中数据的时间?
  
  • 可以减少访问内存的次数
    
• (3)为什么在CPU和主存之间引人cache能提高CPU的访存效率?
  
  • 程序访问的局部性，包括时间局部性和空间局部性
    
• (4)为什么直接映射方式不需要考虑替换策略?
  
  • 直接映射方式下，每个主存快映射到cache的固定行中。
    
• (5)为什么要考虑cache的写策略问题?
  
  • 因为cache中的内容是主存快副本，当更新cache中的内容时，就要考虑何时更新主存中的相应内容，使两者保持一致。
    
• (6)什么是物理地址?什么是逻辑地址?地址转换由硬件还是软件实现?为什么?
  
  • 逻辑地址:虚拟地址空间中的地址，在链接器生成可执行文件时根据ISA规范生成。
    
  • 物理地址:就是程序或数据在内存中的实际地址,即内存单元的地址,也就是被装入内存的内 存地址寄存器的地址。
    
  • CPU通过存储管理部件（MMU）将指令中的逻辑地址转换为贮存中的物理地址
    
  • 在地址转换过程中，MMU还会检查访问信息是否存在主存，地址是否越界或者访问越权等情况，同时解决了变成空间受限和多个程序共享主存带来的安全问题。
    
  • 虚拟存储器机制由硬件与操作系统共同协作实现，设计计算机系统许多层面，包括操作系统的进程，存储器管理，虚拟地址空间，缺页处理等
    
• (7)在存储器层次化结构中,“cache-主存”“主存-外存”这两个层次有哪些不同?
  
  • “Cache·主存”和“主存·辅存”层次是常见的两种层次结构,几乎所有现代计算机都同时具有这两种层次。Cache·主存层次主要是弥补主存速度的不足,Cache容量小但是价格较高而且速度较快。主存-辅存层次的目的是为了弥补主存容量的不足,辅存容量较大,价格更低,但是速度更慢。