存储器的多级结构

在一个计算机系统中，对存储器的容量、速度和价格这三个基本性能指标都有一定的要求。存储容量应确保各种应用的需要；存储器速度应尽量与CPU的速度相匹 配并支持I／O操作；存储器的价格应比较合理。然而，这三者经常是互相矛盾的。例如存储器的速度越快，则每位的价格就越高；存储器的容量越大，则存储器的 速度就越慢。按照目前的技术水平，仅仅采用一种技术组成单一的存储器是不可能同时满足这些要求的。只有采用由多级存储器组成的存储体系，把几种存储技术结 合起来，才能较好地解决存储器大容量、高速度和低成本这三者之间的矛盾。

简绘为：
通用寄存器(CPU内) ---> 高速缓存（常在cpu内）-->主存 ---> 虚拟存储器(硬盘)

最内层是CPU中的通用寄存器，很多运算可直接在CPU的通用寄存器中进行，减少了CPU与主存的数据交换，很好地解决了速度匹配的问题，但通用寄存器的数量是有限的一般在几个到几百个之间，如Pentium CPU中有8个32位的通用寄存器。

高速缓冲存储器（Cache）设置在CPU和主存之间，可以放在CPU 内部或外部。其作用也是解决主存与CPU的速度匹配问题。Cache一般是由高速SRAM组成，其速度要比主存高1到2个数量级。由主存与Cache构成 的“主存－Cache存储层次，从CPU来看，有接近于Cache的速度与主存的容量，并有接近于主存的每位价格。通常，Cache还分为一级Cache 和二级Cache。

但是，以上两层仅解决了速度匹配问题，存储器的容量仍受到内存容量的制约。因此，在多级存在储结构中又增设了辅助存储器（由磁盘构成）和大容量 （又称海量）存储器（由磁带构成）。随着操作系统和硬件技术的完善，主存之间的信息传送均可由操作系统中的存储管理部件和相应的硬件自动完成，从而构成了 主存一辅存的价格，从而弥补了主存容量不足的问题。


多级存储结构构成的存储体系是一个整体。从CPU看来，这个整体的速度接近于Cache和寄存器的操作速度、容量是辅存（或海量存储器）的容量，每位价格接近于辅存的位价格。从而较好地解决了存储器中速度、容量、价格三者之间的矛盾，满足了计算机系统的应用需要。

随着半导体工艺水平的发展和计算机技术的进步，存储器多级结构的构成可能会有所调整，但由多级半导体存储器芯片集成度的提高，主存容量可能会达到 几百兆字节或更高，但由于系统软件和应用软件的发展，主存的容量总是满足不了应用的需求，只要这一现状仍然存在，由主存――辅存为主体的多级存储体系也就 会长期存在下去。

更详细的资料可以参考
http://www.open.ha.cn/qiu/dag/main4.htm#/qiu/dag/4/4_1/index.htm