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joplin type: module source_type: reconstructed created: 2026-04-22 updated: 2026-04-22 ---

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]]