【计算机组成】计算机系统的存储介质

用于计算机系统的存储介质主要包括以下几类:

  1. 磁性存储介质:如硬盘、磁带等,特点是存储密度高、成本低、具有非易失真性(断电后数据可以长期保存),缺点是访问速度满。磁带的访问速度在秒级,磁盘的访问速度一般在毫秒级,这样的访问速度显然不能满足现代处理器纳秒级周期的速度要求
  2. 闪存(Flash Memory)。同样是非易失真的存储介质,与磁盘相比,它们的访问速度快,成本高,容量小。随着闪存工艺技术的进步,闪存芯片的集成度不断提高,成本持续降低,闪存正在逐步取代磁盘作为计算机尤其是终端的辅助存储器。
  3. 动态随机访问存储器(DRAM)。属于易失性存储器(断电后数据丢失)。特点是存储密度较高(存储一位数据只需一个晶体管),需要周期性刷新,访问速度较快。其访问速度一般在几十纳秒级。
  4. 静态随机访问存储器(SRAM)。属于易失性存储器(断电后数据丢失)。存储密度不如DRAM高(SRAM存储一位数据需要4-8个晶体管),不用周期性刷新,但访问速度比DRAM快,可以达到纳米级,小容量时能够和处理器核工作在相同的时钟频率。

现代计算机中把上述不同的存储介质组成存储层次,以在成本合适的情况下降低存储访问延迟,如图所示,越往上的层级,速度越快,但成本越高,容量越小;越往下的层级,速度越慢,但成本越低,容量越大。

【计算机组成】计算机系统的存储介质_第1张图片

存储层次的有效性

存储层次的有效性,依赖于程序的访问局部性原理,包含两个方面:
一是时间局部性,指的是如果一个数据被访问,那么在短时间内很有可能被再次访问;二是空间局部性,指的是如果一个数据被访问,那么它的邻近数据也很有可能被访问。利用局部性原理,可以把程序近期可能用到的数据存放在靠上的层次,把近期内不会用到的数据存放在靠下的层次。提高恰当地控制数据在层次间的移动,使处理器需要访问的数据尽可能地出现在靠近处理器的存储层次,可以大大提高处理器获得数据的速度,,从而近似达到用最快的存储器构建一个容量很大的单机存储的效果。现代计算机一般使用多端口寄存器堆实现寄存器,使用SRAM来构建片上的高速缓存(Cache),使用DRAM来构建程序的主存储器(也称为主存、内存),使用磁盘或闪存来构建大容量的存储器。

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