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title: 计算机存储系统
tags:
  - module
  - computer-organization
  - storage
  - joplin
type: module
source_type: reconstructed
created: 2026-04-22
updated: 2026-04-22
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# 计算机存储系统

> [!abstract]
> 这一模块围绕“速度、容量、成本”三者之间的权衡展开。掌握存储层次、主存工作方式、Cache 和虚拟存储，是理解整机性能的关键。

## 模块结论

- 存储系统本质上是分层设计，用层次化换取性能与成本平衡。
- [[Cache]] 的重点不是定义，而是为什么存在、如何命中、如何映射。
- [[虚拟存储]] 解决的不是“主存变快”，而是“逻辑空间扩展与按需调入”。

## 一、存储器层次结构

- 自上而下通常为：
  - 寄存器
  - [[Cache]]
  - 主存
  - 辅存

### 必须理解的规律

- 越靠上速度越快、容量越小、成本越高。
- 越靠下容量越大、速度越慢、成本越低。

## 二、主存技术

- DRAM 是主存核心。
- 关键问题不是“能不能存”，而是“如何刷新”和“如何扩展”。

### 刷新方式

- 集中刷新
- 分散刷新
- 异步刷新

### 复习重点

- 三种刷新方式各自的时间代价和适用思路。
- 位扩展、字扩展在硬件连接上的区别。

## 三、Cache 的作用与映射

- Cache 的根本目的：缓解 CPU 和主存之间的速度鸿沟。

### 常见映射方式

- 直接映射
- 全相联映射
- 组相联映射

### 应该抓住的比较维度

- 命中率
- 实现复杂度
- 灵活性

### 易错点

- 不是命中率越高的方案就一定最好。
- 工程上总是要在硬件复杂度和效果之间做折中。

## 四、虚拟存储系统

- 目标：扩展逻辑地址空间，并按需把页面调入主存。
- 关键机制：
  - 页表
  - 地址转换
  - 页面替换

### 常见替换算法

- FIFO
- LRU

### 复习重点

- 虚拟存储提高的是“可用空间组织能力”，不是直接提高访问速度。
- 页面替换算法考的是思想，不只是名字。

## 五、复习提问

- 为什么计算机要设计成多级存储而不是单级大容量存储？
- Cache 的三种映射方式分别在权衡什么？
- 虚拟存储为什么离不开地址转换和页表？
- LRU 为什么通常比 FIFO 更符合局部性思想？

## 来源

- [[raw/Joplin/计算机专业基础/计算机组成原理/_计算机组成原理知识文档总纲.md]]
- [[raw/Joplin/计算机专业基础/计算机组成原理/3.计算机存储系统.md]]

## 相关页面

- [[计算机组成原理]]
- [[计算机指令系统与CPU]]