第四章 存储系统
发展，主存存取速度与CPU的速度差距加大，为了弥补主存速度的不足，使之与CPU的速度相匹配，则在CPU和主存之间增设一个容量不大、速度很高的“高速缓冲存储器”，简称高速缓存或Cache。从而形成了主存-Cache层次，如图4.3所示，这个层次具有接近于Cache的速度、主存的容量和接近于主存的每位价格，较好的解决了速度与价格之间的矛盾。 辅助软件及硬件 CPU 主存 辅存
图4.2 主存-辅存层次 辅助硬件
CPU Cache 主存 辅存
图4.3 主存-Cache层次
3．高速缓冲存储器(Cache)
Cache是用来存放当前最活跃的程序和数据，作为主存某些局部域的副本。因为编程时指令地址的分布基本上连续，对循环程序和子程序段的执行往往要重复多次，所以在一个较短的时间间隔内，对局部范围的存储器访问频繁，而对此范围以外的地址访问甚少，这种现象被称为程序的局部性。我们将这一局部范围的内容从主存复制到Cache中，使CPU直接高速地从Cache中读取程序与数据，速度比访问比主存提高了5~10倍。
在新型微机中的存储器体系结构呈金字塔结构又称五级存储体系结构，如图4.4越往上存储器的速度越快，CPU访问频率也越高，同时单位存储容量的价格也越高，系统的拥有量越小。CPU中的内部寄存器位于该塔的顶端，它有最快的存取速度、最小的存储容量、数量也最小，位于塔底的存储设备，其容量最大、单位存储容量的价格最低、速度最慢。
寄存器 cache 主存 辅存 海量存储器 图2.4 五级存储体系结构
二、存储器的分类
45
上篇 计算机原理
按存储介质分
磁芯存储器 双极型RAM
随机存储器 静态RAM (RAM) MOS型RAM
动态RAM 半导体存储器 掩膜式ROM 存储器 可编程PROM
只读存储器 可擦除PROM (ROM) 电擦除PROM 闪存ROM 磁表面存储器：如磁盘、磁带、磁卡等 光盘存储器 其它存储器
按存取方式分
随机存储器（RAM）：如主存、Cache 只读存储器（ROM）：如主存 存储器 顺序储存器（SAM）：如磁带 直接存取存储器（DAM）：如磁盘
表2.1 两种半导体存储器的比较
类型 特点 读写限制 存储内容 只读存储掉电后信息只能读出不固化的程序 器ROM 不会丢失 能写入 随机存取掉电后信息CPU工作时的程序和可以随机写存储器将丢失 数据 入或读出 RAM 表2.2 几种只读存储器的性能比较 分类 简称 特点 读写操作 掩膜式Mask ROM 出厂时信号已固化其中 不可改动 ROM 可编程PROM 用户进行一次性编程 不可改动 ROM 可擦除EPROM 可用紫外光擦除 可多次编程和擦除 PROM 以字节为单位、可直接电擦除E2PROM 可擦除和改写 PROM 在机内带电进行 闪速FLASHRO可实现大规模电擦除、可擦除和改写 M ROM 可清除其中所有内容
46
第四章 存储系统
三、主存储器的性能指标
1．存储容量：指存储器所能容纳的二进制信息量，多以字