简述计算机三级存储体系结构 简述现代计算机三级存储体系结构

在计算机系统中存储层次可分为高速缓冲存储器、主存储器、辅助存储器三级。高速缓冲存储器用来改善主存储器与中央处理器的速度匹配问题。辅助存储器用于扩大存储空间。

1、高速缓冲存储器

存在于主存与CPU之间的一级存储器， 由静态存储芯片(SRAM)组成，容量比较小但速度比主存高得多， 接近于CPU的速度。在计算机存储系统的层次结构中，是介于中央处理器和主存储器之间的高速小容量存储器。它和主存储器一起构成一级的存储器。高速缓冲存储器和主存储器之间信息的调度和传送是由硬件自动进行的。

2、主存储器（Main memory）

计算机硬件的一个重要部件，其作用是存放指令和数据，并能由中央处理器（CPU）直接随机存取。现代计算机是为了提高性能，又能兼顾合理的造价，往往采用多级存储体系。即由存储容量小，存取速度高的高速缓冲存储器，存储容量和存取速度适中的主存储器是必不可少的。

主存储器是按地址存放信息的，存取速度一般与地址无关。32位（比特）的地址最大能表达4GB的存储器地址。这对多数应用已经足够，但对于某些特大运算量的应用和特大型数据库已显得不够，从而对64位结构提出需求。

3、外储存器

辅助存储器又称外存储器（简称外存）。指除计算机内存及CPU缓存以外的储存器，此类储存器一般断电后仍然能保存数据。常见的外存储器有硬盘、软盘、光盘、U盘等。

扩展资料

计算机的主存储器不能同时满足存取速度快、存储容量大和成本低的要求，在计算机中必须有速度由慢到快、容量由大到小的多级层次存储器，以最优的控制调度算法和合理的成本，构成具有性能可接受的存储系统。存储系统的性能在计算机中的地位日趋重要，主要原因是：

1、冯诺伊曼体系结构是建筑在存储程序概念的基础上，访存操作约占中央处理器（CPU）时间的70%左右。

2、存储管理与组织的好坏影响到整机效率。

3、现代的信息处理，如图像处理、数据库、知识库、语音识别、多媒体等对存储系统的要求很高。

参考资料来源：百度百科-存储系统

参考资料来源：百度百科-高速缓冲存储器

参考资料来源：百度百科-主存储器

参考资料来源：百度百科-外存储器

最快的是CPU里的寄存器 其次是一级缓存和二级缓存 然后是内存储器(分为只读和随机,静态和动态) 最后是外存储器(硬盘光驱)等

外存储器件简介

文件在存储介质（如磁盘和磁带）上的实在组织方式称为文件的存储结构或物理结构，常见的有四种：顺序组织、索引组织、散列组织、和链组织。为了讨论文件的组织方式，先简单介绍磁带存储器和磁盘存储器的有关知识。

磁带存储器把信息存储在磁带上，磁带机可以控制磁带前进，后退，磁带机上读写磁头可以读写磁带上的信息。磁带的运行情况类似以录音机上录音带的运行。见图7－5。

磁带有不同的规格。目前使用的磁带一般有1/2英寸宽，最长可达3600英尺。1/2英寸的带在横向上可记录9位或7位二进制信息（分别称为9道带或7道带）。图7－6是一段9道磁带，横向每排9位二进制信息，其中8位组织成一个字节。另一位为奇偶校验位。

磁带上的信息是以块为单位存放的。一个信息块由若干个字节构成，如512字节或1024字节，要读写某一块上信息，首先要定位，即通过磁带的移动使磁头对准磁块的前端，磁带不是连续运转的设备，而是一种启停设备。为适应启动时的加速和停止时的滑动，磁带上块与块之间隙。间隙通常为1/4--3/4英尺长。间隙是一段空白区，不存放数据信息。

一个信息块就是磁带存储器的一个物理记录。通常一个信息块可存放多个逻辑记录。

磁带存储器具有存储量大的优点。一卷磁带可存10－20兆字节信息，而且存满后可卸下换上空带。

磁带存储器是一种顺序存储设备，它的主要缺点是读写速度慢。磁带存取速度取决于磁带的存储密度和走带速度，实际上磁带花在定位上的时间往往比较长，如果磁头离所找的块很远时，往往花十几分钟才能定位。因此磁带存储器适合于顺序存取，即读写一块之后，下一次读写它后边的相邻，这样可以减少定位时间。

磁盘存储器是目前使用得最广泛的外存设备。微机上使用上的磁盘分为两种：硬盘和软盘。硬盘容量通常从几十兆字节到几百兆字节，甚至几千兆字节。软盘容量常为所欲为360KB、720KB、1、2MB、1、44MB。磁盘有点像唱片，担磁盘的磁道不是螺旋线，而是同心圆。若干个盘 可以通过一个主轴串在一起，构成一个盘组。各个盘面半径相同的磁盘在一起称作一个柱面，盘组有多少个盘面，则说每个柱面有多少个磁道，一个磁道可分为若干段，每段是一个物理记录，一个盘组上从大到小的存储单位为：柱面，磁道，物理记录

读写磁头有二种类型，一种是固定头，即每个盘的每个磁道都对应着一个专用的磁头，目前使用的是活动头，即每个盘面只对应一个磁头，安放在活动壁上，通过活动臂进退而找到指定柱面上的磁道。所有磁头在每一时刻总是对准一个柱面上的各个磁盘。

读写盘子上的信息，首先要经过定位动作：（1）选定柱面：通过磁臂移动使磁头对准指定的柱面。这是机械动作，平均要几毫秒至十几毫秒。（2）选定磁道：即选择对应着所需盘面的磁头，这由电子线路实现，速度快。（3）找物理记录：磁头定位道要读写的区 ，这是机械动作，速度较慢，需要几毫秒至十几毫秒。真正用到读写信息的时间比定位时间少得多。

与磁带存储器相比，磁盘存储器的优点是存取速度快，既适应于顺序存取，又适用于随机存取。

主机对外存储器的数据不能直接地进行存取。要读外存上的数据，首先要通道把数据读到内存缓冲区，然后从外存区读取数据。写数据时，将数据送到缓冲区，再通过通道将缓冲区内容写到外存储器。一次从内存读数据或往外存写数据的过程称作一次访外。一次访外可传送若干个字节，访外时间包括定位和传送时间，节省存取时间的一个有效办法是，使每次访外，在内存和外内之间传送一批较大的数据，从而减少访外次数。

分页块的存储方法是一种有利于减少访问外存次数又便于管理方法，一个块页是磁带或磁盘上的一个物理记录，它包括多个逻辑记录，内存中设置的缓冲区应该和页块的大小相等。每次访外，是把一个页块读入一个缓冲区或者把一个缓冲区写到一个页块。

若一次访外所传送的页块上有多少在近期进行处理的逻辑记录，则分页块的存储方式可以使访问次数大大减少。

这时我们可以用访外次数作为衡量检索效率的一个重要参数。检索一次，访外次数越少，效率越高，相反，则效率就越低。另一个衡量检索效率的参数是磁头定位，检索某一记录，磁头定位时间越少，效率越高，否则，效率就越低。
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文件在外存储器上组织结构主要有三种：顺序文件、散列文件、索引文件。这三种组织方式分别适于不同的外存储器，它们的检索效率是不同的，下面分别讨论这几种文件在外存储上是如何组织的，有关的运算是如何实现的

1）三级存储体系
常见的三级存储体系(从CPU往外)是：Cache、主存、外存。
主存储器用来存放需CPU运行的程序和数据。用半导体RAM构成，常包含少部分ROM。可由CPU直接编程访问，采取随机存取方式，即：可按某个随机地址直接访问任一单元(不需顺序寻找)，存取时间与地址无关。存储容量较大，常用字节数表示，有时也用单元数×位数表示。速度较快，以存取周期表示。
Cache位于CPU与主存之间(有些Cache集在CPU芯片之中)，用来存放当前运行的程序和数据，它的内容是主存某些局部区域(页)的复制品。它用快速的半导体RAM构成，采取随机存取方式。存储容量较小而速度最快。
外存储器用来存放暂不运行但需联机存放的程序和数据。用磁盘、光盘、磁带等构成，磁盘用于需频繁访问场合，光盘目前多用于提供系统软件，而磁带多用于较大系统的备份。CPU不能直接编址访问外存，而是将它当作外围设备调用。磁带采取顺序存取方式。磁盘与光盘采取直接存取(半顺序)方式，先直接定位到某个局部区域，再在其中顺序存取。外存容量可以很大，以字节数表示。由于外存的存取时间与数据所在位置有关，所以不能用统一的存取周期指标来表示。例如磁盘的速度指标可按其工作过程分成三个阶段描述：①平均寻道时间②平均旋转延迟(等待)时间③数据传输率。

简述计算机存储系统的三级存储体系概念？？~

计算机存储器包括主存(main memory)，辅存(mass storage)和寄存器(register)。主存就是平时所说的内存，计算机运行时操作系统和其它进程的代码存储在其中。辅存主要指硬盘，也包括其它辅助存储设备，如软盘，U盘，光盘等，可以存放大量数据。寄存器位于CPU内，在指令执行时起临时存放作用。

寄存器和主存、主存和辅存之间存在不停的数据传输和交流，其速度和容量就影响了计算机的性能。如果寄存器和主存之间每条指令和每个数据都进行一次传输，那么计算机的运行速度就受到限制。因此出现了高速缓冲存储器(cache memory)，用于成批处理寄存器内的数据，以同主存进行交流。而且频繁使用的数据，CPU可以直接从高速缓存中读取，减少CPU的等待时间，提高系统效率。内存的容量有限，有时不能一次载入硬盘中所需的数据，这里会出现虚拟存储(virtual memory)的概念。虚拟存储是指当要接收的数据超过内存容量时，系统会在硬盘内分配足够的空间存储这些数据，再把这些数据分成很多页(page)，再根据需要实时地把一定的页载入内存，这样用户感觉内存的容量就比真实的容量偏大。

另外，缓冲区(buffer)是用于存储速度不同步的设备或优先级不同的设备之间传输数据的区域，使进程之间的相互等待变少，从而使从速度慢的设备读入数据时，速度快的设备的操作进程不发生间断。

这里再顺便说下脱机(spooling)的概念。脱机是指当多个进程要求同时使用非共享资源如打印机时，系统会根据需求把所有的数据同时读取到硬盘，再在打印机上逐个打印，这样给用户的感觉就是一台打印机同时打印多个进程包含的文件。



以下引用主要区别高速缓存(cache)和缓冲区(buffer)：

Cache：高速缓存，是位于CPU与主内存间的一种容量较小但速度很高的存储器。由于CPU的速度远高于主内存，CPU直接从内存中存取数据要等待一定时间周期， Cache中保存着CPU刚用过或循环使用的一部分数据，当CPU再次使用该部分数据时可从Cache中直接调用,这样就减少了CPU的等待时间,提高了系统的效率。Cache又分为一级Cache(L1 Cache)和二级Cache(L2 Cache)，L1 Cache集成在CPU内部，L2 Cache早期一般是焊在主板上,现在也都集成在CPU内部，常见的容量有256KB或512KB L2 Cache。

Buffer：缓冲区，一个用于存储速度不同步的设备或优先级不同的设备之间传输数据的区域。通过缓冲区，可以使进程之间的相互等待变少，从而使从速度慢的设备读入数据时，速度快的设备的操作进程不发生间断。

Buffer和cache都是占用内存：

Buffer: 作为buffer cache的内存，是块设备的读写缓冲区

Cache: 作为page cache的内存, 文件系统的cache
　　如果cache的值很大，说明cache住的文件数很多。如果频繁访问到的文件都能被cache住，那么磁盘的读IO bi会非常小。

我们所说的硬盘优盘就是一级，他们存储容量大，造价便宜，但是读取速度慢。内存条就是另一级，速度快，但是掉电后数据全部消失。造价比硬盘稍微贵点。打个比方，2g的内存条到电脑城安装差不多得花70，80或者100。但是硬盘相同价格可以买更多容量。为了解决cpu速度和内存速度的差异，又用到更快的cache，通常用来缓存。所以造价更高，但是速度更快。以上三级相辅相成，权衡成本和性能，厂家给出一个电脑的详细配置。明白了吗？