第3章存储器的分段

计算机组成原理存储器的层次结构在计算机组成原理中，存储器是非常重要的组成部分之一。

存储器可以被看作是计算机系统的大脑，它用于存储和访问各种数据和指令。

存储器的层次结构是指不同速度、容量和价格特性的存储器层次，从高速、小容量和高价格的寄存器到低速、大容量和低价格的磁盘存储器。

1. 寄存器寄存器是存储器层次结构的最高层，它位于中央处理器（CPU）内部。

寄存器是最快速的存储器，它们用于存储 CPU 在执行指令时需要的数据和指令。

寄存器有很小的容量，通常以字长（word）的大小来衡量。

2. 高速缓存高速缓存是位于CPU 和主存之间的一层存储器，它用于缓存从主存中读取的数据和指令。

高速缓存可以分为一级缓存（L1）和二级缓存（L2），L1 缓存位于 CPU 内部，速度更快，容量较小，而 L2 缓存则位于 CPU 外部，速度相对较慢，容量较大。

3. 主存储器主存储器又称为内存（RAM），是存储器层次结构的中间层。

主存储器用于存储操作系统、应用程序和数据等信息。

主存储器通常由动态随机存取存储器（DRAM）构成，具有较快的访问速度和较大的容量。

主存储器的容量通常以字节（Byte）为单位来衡量，例如1GB （Gigabyte）。

4. 辅助存储器辅助存储器是存储器层次结构的最低层，它通常被用作长期存储数据和程序的介质。

常见的辅助存储器包括硬盘驱动器、光盘和闪存存储器等。

辅助存储器的容量通常非常大，并且可以持久保存数据。

但相对于主存储器和高速缓存来说，辅助存储器的访问速度较慢。

在计算机执行程序时，数据和指令需要从辅助存储器逐级调入到寄存器中进行处理。

这种层次结构的设计是为了实现数据和指令的快速访问和有效管理。

不同层次存储器之间的数据传输是以块（block）为单位进行的，块是存储器读写的最小单位。

除了上述层次结构，还可以根据存储介质的特性进行分类。

例如，半导体存储器（如RAM）是在电子器件中构造的，而磁盘存储器（如硬盘）是利用磁道、扇区和柱面等物理结构进行存储。

存储器的层次结构及组成原理一、概述存储器是计算机系统中重要的组成部分，它用于存储和访问数据和指令。

存储器的层次结构是根据存储器的速度、容量和成本等因素将其分为多个层次，以实现高效的数据访问和管理。

二、存储器层次结构存储器的层次结构通常分为以下几个层次： ### 1. 寄存器(Register) 寄存器是存储在CPU内部的最快速的存储器。

它用于存放指令、数据和地址等临时信息，可以直接被CPU访问。

寄存器的容量较小，一般只有几百个字节。

2. 高速缓存(Cache)高速缓存位于CPU和主存之间，其目的是加快存储器的访问速度。

缓存通过存储近期被频繁访问的数据和指令，以提高CPU对存储器的命中率。

3. 主存储器(Main Memory)主存储器是计算机系统中最主要的存储器，也是存储器的最大层次。

主存储器被划分为许多地址连续的存储单元，每个存储单元可以存储一个字节或多个字节的数据。

主存储器由半导体或磁介质制成。

4. 辅助存储器(Auxiliary Memory)辅助存储器用于长期存储大量的数据和程序。

它的容量大于主存储器，但访问速度较慢。

常见的辅助存储器包括硬盘、光盘和闪存等。

三、存储器的组成原理存储器的组成原理多样，下面介绍几种常见的存储器类型： ### 1. 静态随机存储器(SRAM) 静态随机存储器是一种使用触发器来存储数据的存储器。

它的访问速度快，但成本较高。

SRAM的存储单元通过6个晶体管构成，每个存储单元可以存储一个比特的数据。

2. 动态随机存储器(DRAM)动态随机存储器是一种使用电容器来存储数据的存储器。

它的访问速度较慢，但成本较低。

DRAM的存储单元通过一个电容器和一个晶体管构成，每个存储单元可以存储一个比特的数据。

3. 只读存储器(ROM)只读存储器中的数据是永久性的，不可更改。

它通常用于存储固定的程序和数据。

常见的ROM类型包括可编程只读存储器(PROM)、可擦写只读存储器(E-PROM)和电可擦写只读存储器(EEPROM)等。

计算机存储器的层次结构
计算机存储器的层次结构通常分为以下几层：
1.寄存器：位于CPU内部的最高速度的存储器，可存储指令和数据。

2. 高速缓存（Cache）：位于CPU和主存储器之间的存储器，用于缓存经常使用的指令和数据。

由于其离CPU更近，因此速度更快。

3.主存储器（RAM）：位于主板上的存储器，用于存储正在被使用或者即将被使用的程序和数据。

4.辅助存储器：包括硬盘、固态硬盘、U盘、光盘等，用于长期存储数据和程序。

在计算机执行指令和读取数据时，会首先从寄存器中读取，如果寄存器中没有需要的数据，则去缓存中查找，如果缓存中也没有，则再从主存储器中读取。

如果需要的数据在主存储器中不存在，则会从辅助存储器中读取。

这样的存储器层次结构可以有效地提高计算机的运行效率和存储效率。

了解计算机的存储器层次结构计算机的存储器层次结构计算机是一种拥有强大运算能力的现代工具，而存储器是计算机体系结构中至关重要的组成部分。

了解计算机的存储器层次结构对于理解计算机的运行原理、优化程序性能以及选择适当的硬件配置都十分重要。

存储器层次结构是指计算机内部组织的层次化结构，按照速度和容量的大小将存储器划分为多个层次。

每个层次的存储器都具有不同的特点和访问速度，以满足计算机在不同场景下的存储需求。

存储器层次结构通常包括以下几个层次：寄存器、高速缓存、主存储器和辅助存储器。

1. 寄存器寄存器是存储器层次结构中访问速度最快的部分。

它们位于处理器内部，用于存储指令和数据。

寄存器的容量相对较小，但由于其高速度，可以快速地提供指令和数据，供处理器立即使用。

寄存器在处理器内部直接与ALU（算术逻辑单元）进行交互，因此在计算机的存储器层次中处于最顶层。

2. 高速缓存高速缓存是介于寄存器和主存储器之间的存储器层次。

它是为了弥补主存储器和处理器之间速度差异而设计的，能够提供快速的数据访问。

高速缓存通常分为多级，如L1、L2、L3缓存。

L1缓存位于处理器内部，L2缓存和L3缓存则位于处理器芯片外部。

高速缓存中保存了最常用的指令和数据，以便快速地供处理器访问。

高速缓存通过预取和替换算法，提高了程序执行的性能。

3. 主存储器主存储器是计算机中用于存储程序和数据的核心部件。

它通常是以字节为单位进行寻址的，可以随机读写。

主存储器的容量相对较大，可以容纳大量的程序和数据，但其访问速度相对于寄存器和高速缓存来说较慢。

主存储器通过地址总线和数据总线与处理器进行通信，将指令和数据传递给处理器。

4. 辅助存储器辅助存储器是存储器层次结构中容量最大的部分，用于存储大量的程序、数据和文件。

常见的辅助存储器包括硬盘、固态硬盘、光盘和磁带等。

辅助存储器与主存储器的区别在于其访问速度相对较慢，但容量远大于主存储器。

辅助存储器在计算机系统中扮演着长期存储和备份数据的角色。

存储器分段的规则
存储器分段的规则主要包括以下步骤：
1. 确定段数：根据程序自身的逻辑关系，将程序划分为若干个段。

每个段都有一个段名，每段从0开始编址。

2. 确定段表：程序分成多个段，各段离散地装入内存。

为了从物理内存中找到各个逻辑段的存放位置，需要为每个进程建立一张段映射表，简称“段表”。

3. 内存分配：以段为单位进行分配，每个段在内存中占据连续空间，但各段之间可以不相邻。

4. 地址结构：分段系统的逻辑地址结构由段号（段名）和段内地址（段内偏移量）所组成。

5. 段表项：每个段对应一个段表项，其中记录了该段在内存中的起始位置和段的长度。

各个段表项的长度是相同的。

以上信息仅供参考，如有需要，建议咨询计算机专业人士。