多级结构的存储器系统

计算机组成原理与汇编语⾔复习题⼀、填空题1.8位⼆进制补码所能表⽰的⼗进制整数范围是-128⾄+127，前者的⼆进制补码表⽰为10000000，后者的⼆进制补码表⽰为01111111。

2.浮点数表⽰中，数据的范围由阶码的位数决定，数据的精度由尾数决定。

3.已知0和9的ASCII码分别为0110000和0111001，则3的ASCII码为0110011，5的ASCII码为0110101。

4.每条指令由两部分组成，即操作码部分和地址码部分。

5.微程序顺序控制常⽤的两种⽅式是增量⽅式和断定⽅式。

6. 8086CPU从结构上可以分为执⾏单元和总线接⼝单元。

7.在控制器中，程序计数器（PC）的作⽤是存放现⾏指令的地址，并有计数功能。

8.半导体动态RAM靠电容暂存电荷原理存贮信息，⽽半导体静态RAM靠双稳电路（内部交叉反馈）原理存贮息。

9.操作数有三种类型，分别为⽴即数操作数、寄存器操作数和存储器操作数。

10.控制器的控制⽅式有同步控制、异步控制和联合控制三种形式，其中异步控制⽅式最节省时间，同步控制⽅式最浪费时间。

11.某机器定点整数格式字长8位（包括1位符号位），⽤⼆进制表⽰最⼩负数的反码为10000000，最⼤正数的反码为01111111。

12.在数的表⽰范围⽅⾯，浮点⽐定点⼤。

在运算规则⽅⾯，浮点⽐定点复杂。

在运算精度⽅⾯，浮点⽐定点⾼。

13.已知字符A的ASCII码为1000001，则字符B的ASCII码为1000010，字符D的ASCII码为1000100。

14.SN74181 ALU是⼀个4位运算单元，由它组成16位ALU需使⽤4⽚和1⽚SN74182 ,其⽬的是为了实现16位并⾏操作。

15.存储器堆栈中，需要⼀个有加减计数功能寄存器作为堆栈指⽰器SP，来指明堆栈的栈顶位置的变化。

16. 8086CPU具有20根地址线，直接寻址能⼒可达1MB。

17. 运算器的主要功能是进⾏算术运算/逻辑运算。

存储器的层次结构及组成原理一、引言存储器是计算机中非常重要的组成部分，它用于存储和读取数据。

随着计算机技术的发展，存储器也在不断地升级和改进。

存储器的层次结构是指不同类型的存储器按照速度、容量和成本等方面的差异被组织成一种层次结构。

本文将介绍存储器的层次结构及其组成原理。

二、存储器的层次结构1. 存储器分类根据存取速度不同，可将存储器分为主存（RAM）、高速缓存（Cache）、二级缓存、三级缓存等多级缓存以及辅助存储器（ROM、磁盘等）。

2. 层次结构主要分为三个层次：CPU内部高速缓冲寄存器（L1 Cache）、CPU外部高速缓冲寄存器（L2 Cache）和主内存（RAM）。

3. 层次结构优点层次结构能够充分利用各种类型的硬件设备，使得计算机系统能够更加高效地运行。

在执行指令时，CPU首先从最快的L1 Cache中查找数据，如果没有找到，则会查找L2 Cache，最后才会查找主内存。

这样的层次结构设计可以大大提高CPU访问数据的速度，减少CPU等待的时间。

三、存储器的组成原理1. 静态随机存取存储器（SRAM）SRAM是一种使用静电场来存储数据的存储器。

它由多个存储单元组成，每个单元由一个触发器和两个传输门组成。

SRAM的读写速度非常快，但是它比较昂贵，并且需要更多的电源。

2. 动态随机访问存储器（DRAM）DRAM是一种使用电容来存储数据的存储器。

它由多个存储单元组成，每个单元由一个电容和一个开关组成。

DRAM比SRAM更便宜，但是读写速度相对较慢。

3. 双倍数据率SDRAM（DDR SDRAM）DDR SDRAM是一种高速内存技术，可以在每个时钟周期传输两次数据。

这使得DDR SDRAM比普通SDRAM更快。

4. 图形双倍数据率SDRAM（GDDR SDRAM）GDDR SDRAM是一种专门为图形处理器设计的高速内存技术。

它具有更高的频率和带宽，适用于处理大量图像和视频数据。

5. 闪存闪存是一种非易失性存储器，可以在断电时保存数据。

第七章储存系统 C ---SZU-- HUQB7.1.在计算机中，为什么要采用多级结构的存储器系统？它们的应用是建立在程序的什么特性之上的？答：在现代的计算机系统中，通常总是采用由三种运行原理不同，性能差异很大的存储介质分别构建高速缓冲存储器、主存储器和虚拟存储器，再将它们组成三级结构的统一管理、高度的一体化存储器系统。

由高速缓冲存储器缓解主存储器读写速度慢，不能满足CPU运行速度需要的矛盾；用虚拟存储器更大的存储空间，解决主存储器容量小，存不下更大程序与更多数据的难题。

这种三级结构的存储器系统的运行原理，是建立在程序运行的局部性原理之上的。

即在一小段时间内，运行的程序只使用少量的指令和少量的数据，而这少量的指令和少量的数据往往又集中在存储器的一小片存储区域中，指令顺序执行比转移执行的比例要大，故可以按对所使用的指令和数据的急迫和频繁程度，将其存入容量、速度、价格不同的存储器中，从而取得更高的性能价格比。

主要体现在时间、空间、指令执行顺序三个方面。

7.2多级结构的存储器是由哪三级存储器组成的？每一级存储器使用什么类型的存储器介质，这些介质的主要特性是什么？在多级结构的存储器系统中，何谓信息的一致性原则和包含性原则？答：三级存储器由高速缓冲储存器，主存储器，虚拟存储器组成。

使用的存储器介质：高速缓存SRAM、主存DRAM、虚存DISC。

这些介质的主要特性：高速缓存块传送、主存以页传送、虚存以文件传送；它们的速度依次降低，每位价格依次降低；它们的管理依次由硬件、OS、OS/用户；。

一致性原则：同一个信息会同时存放在几个级别的存储器中，此时，这一信息在几个级别的存储器中必须保持相同的值。

包含性原则：处在内层（更靠近CPU）存储器中的信息一定被包含在各外层的存储器中，即内层（更靠近CPU）存储器中的全部信息一定是各外层存储器中所存信息中一小部分的副本。

7.3比较DRAM和SRAM芯片的主要特性。

答：从所用的半导体生产工艺区分，存储器芯片又可以分为静态存储器和动态存储器两种类型。

计算机系统层次存储结构当前计算机系统⼀般会采⽤层次结构存储数据，请介绍下典型计算机存储系统⼀般分为哪⼏个层次，为什么采⽤分层存储数据能有效提⾼程序的执⾏效率？答：所谓存储系统的层次结构，就是把各种不同存储容量，存取速度和价格的存储器按照层次结构组成多层存储器，并通过管理软件和辅助硬件有机的组合成为⼀个整体，使所存放的程序和数据按照层次分布在各种存储器中。

⽬前，在计算机系统中通常采⽤三级层次结构来构成存储系统，主要是由⾼速缓冲存储器cache，主存储器，和辅助存储器组成。

存储系统多级层次结构中，由上向下分为三级，其容量逐渐增⼤，速度逐渐降低，成本则逐次减少。

整个结构⼜可以看成两个层次：他们分别是主存---辅存层次和Cache---主存层次。

这个层次系统中的每⼀种存储器都不再是孤⽴的存储器，⽽是⼀个有机的整体。

他们在辅助硬件和计算机操作系统的管理下，可以把主存--辅存层次作为⼀个存储整体，形成的可寻存储空间⽐主存储器空间⼤得多。

由于辅存的容量⼤，价格低，是的存储系统的整体平均价格低。

由于Cache的存取速度可以喝cpu的⼯作速度相媲美，所以cache--主存层次可以缩⼩主存和cpu 之间的速度差距，从整体上提⾼存储器系统的存取速度。

尽管cache成本⾼，但是由于容量⼩，故不会使存储系统的整体价格增加。

综上所述，⼀个较⼤的存储系统是由各种不同类型的存储设备构成的，是⼀个具有多级层次结构的存储系统。

该系统既有与cpu相近的速度，⼜有极⼤的容量，⽽且成本较低。

其中⾼速缓存解决了存储系统的速度问题，辅助存储器则解决了系统的容量问题。

采⽤多级层次结构的存储器可以有效的解决存储器的速度，容量，价格之间的⽭盾。

5.1 解释下列术语多级存储层次：由若干个采用不同实现技术的存储器构成的存储器系统，各存储器处在离CPU不同距离的层次上。

使得靠近CPU的存储器速度较快，容量较小。

整个存储系统的速度接近与离CPU最近的存储器的速度，而容量和每位价格接近于最低层次的容量和价格。

全相联映像：指主存中的任一块可以被放置到Cache中的任意一个位置。

直接映像：指主存中的每一块只能被放置到Cache中唯一的一个位置。

组相联映像：指主存中的每一块可以被放置到Cache中固定的一个组中的任意位置。

替换算法：由于主存中的块比Cache中的块多，所以当要从主存中调入一个块到Cache中时，会出现该块所映像的Cache块位置已经被占用的情况。

替换算法即解决如何选择替换块的问题。

LRU：最近最少使用法。

选择近期最少被访问的块作为被替换的块。

写直达法：在执行“写”操作时，不仅把信息写入Cache中相应的块，而且也写入下一级存储器中相应的块。

写回法：只把信息写入Cache中相应的块，该块只有在被替换时才被写回主存。

按写分配法：在写失效时，先把所写单元所在的块从主存调入Cache，然后再进行写入。

不按写分配法：写失效时，直接写入下一级存储器而不将相应的块调入Cache。

命中时间：CPU所要访问的块在Cache中，确认并取走所花费的时间开销。

失效率：CPU一次访存不命中的概率。

失效开销：CPU一次访存不命中，而额外增加的访存开销。

强制性失效：当第一次访问一个块时，该块不在Cache中，需从下一级存储器中调入Cache。

容量失效：如果程序执行执行时所需的块不能全部调入Cache中，则当某些快被替换后，若又重新被访问，就会发生失效。

冲突失效：在组相联或直接映像Cache中，若不多的块映像到同一组中，则会出现该组中某个块被别的块替换，然后又重新被访问的情况。

2：1 Cache经验规则：大小为N的直接映像Cache的失效率约等于大小为N/2的2路组相联Cache的失效率。

多级存储层次名词解释
多级存储层次 (Multi-Level Storage Hierarchy)是一种存储层次结构，它包含不同的存储层次，各层级之间交换数据，旨在以最小的存储空间和最短的时间储存、访问数据。

它提供了一种满足不同需求的存储模型，以实现有效的内存管理。

多级存储层次系统由若干层级组成，从高级到低级分别是：主存储器、中央处理器（CPU）存储器、辅助存储器、外部存储器、多媒
体存储器等。

主存储器是最高级的存储器，通常位于CPU中，用于存储未处理的机器指令和数据。

它是一种静态存储器，速度很快，容量很小，由内存模块组成，它的存取时间通常小于1微秒（μs）。

中央处理器（CPU）存储器用于缓存临时性的指令和数据。

它被
称为寄存器（register），位于CPU内部，提供高速内存存储，如果
将要使用的指令和数据存放在寄存器中，可大大提高CPU的运行速度。

辅助存储器装有可使操作系统长期或永久保存的数据，而且可以在主存储器不足时扩充存储空间。

它们通常位于计算机内部，而且速度快于外部存储器，如硬盘驱动器、光盘驱动器。

外部存储器是位于外部的非易失性的存储设备，如USB存储磁盘、模拟磁带和数字磁带，它们的读写速度比主存储器和辅助存储器慢很多，但其容量很大。

多媒体存储器用于存储和处理多媒体文件，如图片、视频和音频，它可以帮助计算机通过提供快速访问和快速存取大量数据来改善操
作性能。

1．冯·诺依曼计算机体系的基本思想是什么？按此思想设计的计算机硬件系统应由哪些部件组成？它们各起什么作用？（1）存储程序、指令执行、顺序存储。

（2）计算机应包括运算器、存储器、控制器、输入和输出设备五大基本部分。

（3）存储器：存放程序和数据的元件。

（4）运算器：信息加工，算术运算和逻辑运算。

（5）控制器：从存储器取出程序中的控制信息经过分析后，按照要求给其它部分发出控制信息。

（6）输入设备：把程序和数据等信息转换成计算机所能识别的编码，并按顺序送往内存。

（7）输出设备：把计算机处理的数据，计算结果等内部信息按人的要求输出。

2. 什么是寻址方式，简述计算机中常用的基本寻址方式。

答：寻址方式就是寻找操作数或操作数地址的方式。

从形式地址生成有效地址的各种方式称为寻址方式。

8086提供了与操作数有关和与I/O端口地址有关的两类寻址方式。

与操作数有关的寻址方式有七种，分别是立即寻址，寄存器寻址，直接寻址，寄存器间接寻址，寄存器相对寻址，基址加变址寻址，相对基址加变址寻址；与I/0端口有关的寻址方式有直接端口寻址和间接端口寻址方式。

另外还有隐含寻址，即把要寻找的地址包含在操作码中。

（1）指令寻址顺序寻址方式跳跃寻址方式（2）操作数寻址隐含寻址立即寻址直接寻址间接寻址寄存器寻址方式和寄存器间接寻址方式相对寻址方式基址寻址方式变址寻址方式块寻址方式3. 简述计算机控制器的功能和基本组成，微程序的控制器和组合逻辑的控制器有何不同之处？答：由程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序产生器和操作控制器组成，它是发布命令的“决策机构”，即完成协调和指挥整个计算机系统的操作。

主要功能：从内存中取出一条指令，并指出下一条指令在内存中位置对指令进行译码或测试，并产生相应的操作控制信号，以便启动规定的动作；指挥并控制CPU、内存和输入/输出设备之间数据流动的方向。

从存储器取出程序中的控制信息经过分析后，按要求发出控制信号。

计算机专业计算机组成原理试题（0801和0707）一、选择题1、冯·诺依曼机工作方式的基本特点是()。

B、按地址访问并顺序执行指令2、计算机系统中的存储器系统是指，没有外部存储器的计算机监控程序可以存放在中。

()D、主存储器和外存储器，ROM3、某机字长16位，采用定点小数表示，符号位为1位，尾数为15位，则可表示的最大正小数为，最小负小数为。

()C、+ (1一2-15)，一(1一2-15 )4、在定点数运算中产生溢出的原因是()。

C、运算的结果的操作数超出了机器的表示范围5、间接寻址是指()。

D、指令中间接给出操作数地址6、输入输出指令的功能是()。

C、进行CPU和I/O设备之间的数据传送7、某计算机的字长是8位，它的存储容量是64KB，若按字编址，那么它的寻址范围应该是() B、0-64 K8、若主存每个存储单元为16位，则()。

B、其地址线与16无关9.在计算机I/O系统中，在用DMA方式传送数据时，DMA控制器应控制(D、以上都是)。

A、地址总线B、数据总线C、控制总线10.在计算机总线结构的单机系统中，三总线结构的计算机的总线系统由()组成。

B、数据总线、地址总线和控制总线1、下列数中最小的数是（）。

C、（00101001）BCD2、1946年研制成功的第一台计算机称为_ _ ,1949年研制成功的第一台程序内存的计算机称为)。

B、ENIAC, EDSAC3、冯·诺依曼机工作方式的基本特点是（）。

B、按地址访问并顺序执行指令4、两个补码数相加，只有在最高位相同时会有可能产生溢出，在最高位不同时（）C、一定不会产生溢出5、在指令的寻址方式中，寄存器寻址，操作数在（）中，指令中的操作数是（）A、通用寄存器B、寄存器编号6、关于操作数的来源和去处，表述不正确的是（）。

D、第四个来源和去处是外存贮器7、对磁盘进行格式化，在一个记录面上要将磁盘划分为若干_ ，在这基础上要将划分为若干_ 。

存储器分类及其特点存储器是计算机重要的组成部分，用于存储和读取数据。

根据存储器的特点和功能分类，可以将存储器分为多种类型，包括主存储器、辅助存储器和缓存存储器等。

1.主存储器主存储器是计算机中最重要的一种存储器，也被称为内存或随机存取存储器（RAM）。

主存储器在计算机工作过程中扮演了数据传输和运算的角色。

其特点如下：（1）速度快：主存储器与中央处理器（CPU）之间的数据传输速度非常快，可以满足CPU对数据的高速读写要求。

（2）容量限制：主存储器容量相对较小，通常以MB或GB为单位。

较小的容量限制了主存储器所能存储的数据量。

（3）易失性：主存储器是易失性存储器，意味着当计算机断电或重启时，存储在主存储器中的数据将会丢失。

2.辅助存储器辅助存储器是计算机中用于长期存储数据的一种存储器。

它可以永久性地保存数据，即使在计算机关机或断电的情况下。

辅助存储器的特点如下：（1）容量大：相比主存储器，辅助存储器的容量通常更大，可以以TB或PB为单位。

这使得辅助存储器可以存储大量的数据。

（2）速度慢：辅助存储器与CPU之间的数据传输速度相对较慢，远远低于主存储器的速度。

这增加了数据的访问时间。

（3）非易失性：与主存储器不同，辅助存储器是非易失性的，可以永久性地保存数据。

常见的辅助存储器包括硬盘驱动器（HDD）、光盘、闪存盘、磁带机等。

3.缓存存储器缓存存储器是位于计算机中的高速存储器，用于减少CPU对主存储器的访问时间。

缓存存储器的特点如下：（1）非常快：缓存存储器的读写速度非常快，远快于主存储器。

这使得缓存存储器成为提高计算机性能的关键因素。

（2）容量小：相比主存储器和辅助存储器，缓存存储器的容量通常较小。

由于成本和空间限制，通常只有几MB或几十MB的容量。

（3）层次结构：计算机系统中通常有多级缓存存储器，按照速度和容量的关系进行划分，分为一级缓存、二级缓存、三级缓存等。

每一级缓存存储器都负责存储最常用的数据。

计算机组成原理试题第 页（共 页）1计算机组成原理试题一、（共30分）1．将十进制数 -0.276 和 47化成二进制数，再写出各自的原码、补码、反码表示（符号位和数值位共8位）。

（每个1分，共8分）二进制数 原码 补码 反码—0.276： 47：2．判断下面的二元码的编码系统是有权码还是无权码，写出判断的推导过程。

（共5分）十进制数 二元码的编码0 0000 1 0111 2 0110 3 0101 4 0100 5 1011 6 1010 7 1001 8 1000 9 1111推导过程： （3分）判断是有权码还是无权码：（2分）3．用补码运算方法计算X+Y=？并判断结果是否溢出（采用双符号位）。

（每题4分，共8分）（1）X= 0.1011 Y= 0.1100（2）X= —0.1011 Y= 0.10014．回答如下问题：（每个3分，共9分）（1）浮点数阶码选用移码表示有何优点？计算机组成原理试题第页（共页） 2（2）浮点数表示中的隐藏位技术作用是什么？在什么时刻完成对隐藏位的处理？（3）浮点数表示中，当尾数选用补码表示时，如何表示十进制的—0.5，才满足规格化表示的要求。

二、（共32分）1．举例说明计算机中寄存器寻址、寄存器间接寻址、变址寻址、堆栈寻址从形式地址到得到操作数的寻址处理过程。

（每个2分，共8分）2．简要说明条件转移指令和必定转移指令的相同点和不同点？子程序调用指令与转移指令的区别是什么？（每个5分，共10分）计算机组成原理试题第页（共页） 33．在微程序的控制器中，通常有哪5种得到下一条微指令地址的方式。

（每个2分，共10分）4．简要说明组合逻辑控制器中的节拍发生器的作用于是什么？简述它的运行原理。

（每个2分，共4分）计算机组成原理试题第页（共页） 4三、（共20分）1．说明采用多级结构的存储器系统的目的？说明每一层存储器所用的存储介质的种类。

（每个3分，共6分）2．使用多体结构的主存储器的目的是什么？什么是低位地址交叉，其优点何在？（每个2分，共4分）3．说明只写一次型光盘的组成？完成读写操作的基本原理？（每个5分，共10分）计算机组成原理试题第页（共页） 5四、（共18分）1．说明采用DMA（直接内存访问）传送方式的目的？DMA接口中比一般输入/输出接口中要多出一些什么功能电路？（共9分）2．计算机的CPU通常直接提供并使用3种总线，分别说明地址总线的位数、数据总线的位数和时钟频率对计算机的性能有什么影响，控制总线的具体作用是什么？说明总线计算机组成原理试题第页（共页） 6周期是什么含义，总线的等待状态是什么含义？（共9分）计算机组成原理试题第页（共页）7试题答案及评分标准一．（共30分）1．（每个1分，共8分）二进制数原码补码反码—0.276：-0.0100011 1 0100011 1 1011101 1 101110047：0101111 0 101111 0 101111 0 1011112．（共5分）推导过程：（3分）设4位二元码每位分别为A B C D，切假定其为有权码，则从数值4的编码0100可求得B的位权为4；从数值8的编码1000可求得A的位权为8；再从数值7的编码1001可求得D的位权为-1；从数值6的编码1010可求得C的位权为-2；再用A B C D 的位权分别为8 4 -2 -1来验证数值0、1、2、3、5、9的编码值，结果都正确。

计算机组成原理-专升本-第2阶段作业第1大题（40.0分）1. （2.0 分）以下叙述正确的是（）。

主存的存取速度可以与CPU匹配主存由RAM构成，不包括ROM标准答案f 辅存中的程序需要调入主存中才能运行若指令的地址码为20位，则主存容量一定是20MB2. （2.0 分）某机字长32位，存储容量1MB。

若按字编址，它的寻址范围是（）。

1M512KB标准答案f -256K256KB3. （2.0 分）某存储器芯片的存储容量为8K X8位，则它的地址线和数据线引脚相加的和为（）。

12r13标准答案f21r224. （2.0 分）存储周期是指（）。

存储器的读出时间厂存储器的写入时间标准答案T厂存储器进行连续读和写操作所允许的最短时间间隔厂存储器进行连续写操作所允许的最短时间间隔5. （2.0 分）在主存和CPU之间增加cache存储器的目的是（）。

Q 增加内存容量厂提高内存可靠性标准答案T◎解决CPU和主存之间的速度匹配问题厂增加内存容量，同时加快存取速度6. （2.0 分）存储器是计算机系统的记忆设备，主要用于（）。

•口存放程序厂存放软件厂存放微程序标准答案T存放程序和数据7. （2.0 分）CPU不能直接访问的是（）。

广DRAMC ROMSRAM8. （2.0 分）和外存储器相比，内存储器的特点是（ ）。

r容量大， 速度快， 成本低 r标准答案T 容量大， 速度慢， 成本高r容量小， 速度快， 成本高 r 容量小， 速度快， 成本低9. （2.0 分）下列元件中存/取速度最快的是（）。

标准答案T厂 寄存器C ROMQ cache广外存 10. （2.0 分）采用虚拟存储器的目的是（ ）。

厂提高主存速度 广扩大外存的存取空间 标准答案广扩大存储器的寻址空间 广 扩大内存容量标准答案T磁盘11. （2.0 分）寄存器间接寻址方式中，操作数处在( )。

通用寄存器广堆栈标准答案、厂主存储器r程序计数器12. (2.0 分)操作数在寄存器中，称为( )方式。

现代操作系统中的多级存储体系摘要：分析现代操作系统的多级存储体系与存储结构，同时对各个层次之间进行比较，探讨实现资源组合和效率提升以达到既定需求的最优方法。

关键词：存储器分层虚拟内存高速缓存辅助存储器主存储器引言：目前在计算机系统中通常采用三级存储器结构，即使用高速缓冲存储器、主存储器和辅助存储器，由这三者构成一个统一的存储系统。

从整体看，其速度接近高速缓存的速度，其容量接近辅存的容量，而其成本则接近廉价慢速的辅存平均价格。

存储器系统的固有矛盾现代计算机存储器的设计目标可以归纳成三个问题：容量，速度和价格。

这三个重要特性间存在着一定的折中，任何一种单一的存储装置，都无法同时从速度与容量两方面，满足用户的需求。

在任何时候，实现存储器系统会用到各种各样的技术以达到满足性能的需求，同时也需使用昂贵且容量相对小而具有快速存取时间的存储器。

现代计算机技术采用存储器的层次结构以解决这一难题，实际上它们组成了一个速度由快到慢，容量由小到大的存储装置层次。

局部性原理容量较大，价格较便宜的慢速存储器是容量较小，价格较贵的快速存储器的后备。

这种存储器的层次结构能够成功的关键在于处理器访问存储器的频率递减。

在执行程序期间，处理器的指令存储访问和数据存储访问呈现簇状，典型的程序包括许多迭代循环和子程序，一旦程序进入一个循环或子程序执行，就会重复访问一个小范围的指令集合。

同理，对表和数组的操作涉及到存取一簇数据，经过很长一段时间，程序访问的簇会改变，但在较短的时间内，处理器主要访问存储器中固定的簇。

因此，可以通过层次组织数据，使得随着组织层次的递减，各层次的访问比例也依次递减。

以二级存储器为例，让第二级存储器包含所有的指令和数据，程序当前的访问簇暂时存放在第一级存储器中。

有时第一级存储器中的某个簇要放到第二级存储器中，以便为新的簇进入第一级存储器让出空间。

总的来说，计算机系统进行信息处理的过程就是执行程序的过程，这时，CPU 需要频繁地与内存进行数据交换，包括取指令代码及数据的读写操作。