讨论计算机体系结构中的内存层次结构?
computer architecturecomputer sciencenetwork更新于 2026/1/12 3:52:17
内存单元是任何数字计算机的重要组成部分，因为它是保存程序和信息所必需的。一台小型计算机，如果软件数量有限，无需额外的存储容量即可完成其预期功能。
普通计算机中，一个内存单元容纳所有程序的空间是有限的。此外，各种计算机用户会不断获取大量的数据处理软件。处理器并非同时需要所有获取的数据。因此，使用低成本的存储设备作为备份来保存CPU不常用的数据更具成本效益。
直接与CPU连接的内存单元称为主存储器。提供备份存储的计算机称为辅助存储器。普通计算机系统中最常用的存储设备是磁盘和磁带。
它们主要用于存储系统程序、大型信息文件和其他备份信息。只有处理器当前需要的程序和数据才会驻留在主存中。所有其他数据都保存在辅助/二级存储器中，并在需要时传输到主存。
设备的整体内存容量可以看作是一个组件结构。内存层次结构系统涵盖了设备系统中工作的所有存储设备，从中等容量但高容量的辅助存储器到速度相对较快的主存，再到适用于高速处理逻辑的更小、更快的高速缓存。
该图显示了典型内存层次结构中的组件。
主存占据了主要区域，因为它能够通过输入/输出 (I/O) 处理器直接与 CPU 和辅助存储设备连接。当 CPU 需要主存中不存在的程序时，会从辅助存储器中调取。
为了提高处理速度，需要使用一种称为缓存的超高速存储器。它有助于使 CPU 高速访问当前数据和程序。在计算机系统中，缓存用于补偿主存访问时间和处理器逻辑速度之间的差异。
缓存访问时间几乎等于处理器逻辑时钟周期时间。缓存用于存储以下内容:
- 当前正在 CPU 中执行的程序片段
- 当前操作中反复需要的临时数据
