简述现代计算机常用的三级存储体系。

第1章计算机系统概论1．简答题（1）计算机硬件包括哪些基本功能部件？为什么要有这些部件？答：计算机的最基本的功能部件是运算器、存储器、控制器、输入单元和输出单元。

计算机的基本功能就是存储和处理外部世界的信息并在需要的时候向外界提供这些信息。

为了完成这些基本功能，要求计算机能够自动地输入信息、输出信息、存储信息以及处理信息。

计算机的基本部件就是根据这些要求设置的，分别用一个部件完成上述个功能，完后用一个控制器实现上述功能的自动化。

（2）简述现代计算机常用的三级存储体系。

答：CPU能按存储单元地址直接访问主存（内存）；增加高速缓存（Cache）的目的是为了提高速度，解决CPU与主存之间速度不匹配的矛盾；增加辅存（外存）的目的是弥补主存容量的不足。

（3）运算器中有哪些寄存器？答：运算器中有存放操作数和运算结果的寄存器，包括移位寄存器和若干通用寄存器。

（4）计算机软件有哪些类型？答：计算机软件一般可分为系统软件和应用软件两类。

系统软件是整个计算机系统的一部分，为用户操作计算机以及应用软件的运行提供一个方便的界面。

主要的系统软件有两类，一类是操作系统软件，负责计算机系统的运行控制；另一类是对程序设计语音进行处理的软件，包括编译程序解释程序、汇编程序等。

应用软件是完成用户所需功能的软件，专门为解决某文字处理软件、游戏软件等都属于应用软件。

（5）为什么说计算机的硬件和软件在功能上是等价的？答：因为计算机系统绝大部分硬件的功能可以用软件实现，软件的功能也可以用硬件来实现。

例如，浮点运算功能，早期的计算机中没有浮点运算部件，在这些计管机中实现浮点数据的运算是靠软件进行，现在计算机中都采用了硬件浮点运算部件。

可见计算机功能的这两种实现在逻辑上是等效的，其区别在于速度、成本、可靠性、存储容量、变更周期等因素。

2．改错题（1）现在的数字计算机系统的硬件都是由超大规模集成电路以及机电一体的外围设备构成的。

（2）运算器可以对数据进行算术运算和逻辑运算。

计算机中的存储系统的构成计算机中的存储系统主要由以下几个部分构成：1.主存储器（Main Memory）：主存储器是计算机硬件中最重要的部分之一，负责存储和检索程序运行所需的数据和指令。

它通常由DRAM（动态随机存取存储器）或SRAM（静态随机存取存储器）组成，容量从几GB到几十GB 不等。

2.辅助存储器（Secondary Memory）：辅助存储器主要包括硬盘（HDD）和固态硬盘（SSD）。

这些设备存储大量的数据和程序，虽然存取速度比主存储器慢，但容量大且价格低。

硬盘的容量通常在几百GB到几TB之间，而固态硬盘则具有更高的读写速度和耐用性。

3.三级存储器（Tertiary Memory）：这是更低一级的存储设备，通常包括光盘、U盘和SD卡等。

这些设备具有非常小的存储容量，通常用于存储小型的程序或数据文件。

4.高速缓存（Cache Memory）：高速缓存是主存和CPU之间的临时存储器，它保存了CPU最经常访问的数据和指令。

高速缓存的存取速度非常快，通常使用SRAM实现。

5.寄存器（Registers）：寄存器是CPU内部的高速存储部件，用于存储操作数和指令。

寄存器的存取速度比高速缓存还要快，但容量通常较小。

6.输入/输出设备（I/O Devices）：这些设备包括键盘、鼠标、显示器、打印机等，用于在计算机和用户之间进行交互。

这些设备通常有自己的存储和处理能力，例如打印机的墨盒就包含了一种形式的内存，用于存储墨水浓度和打印质量等信息。

7.通信接口（Communication Interfaces）：这些接口包括USB、HDMI、Ethernet等，用于计算机与其他计算机或设备之间进行数据交换。

这些接口通常也包含自己的内存，用于临时存储传输的数据。

在以上这些组成部分中，主存储器、辅助存储器和高速缓存是计算机存储系统中的核心部分。

它们之间的协作关系直接影响了计算机的性能和效率。

例如，当CPU需要访问的数据或指令不在高速缓存中时，它会从主存储器中读取数据或指令。

计算机常用的三级存储体系在我们日常生活中，存储东西真的是一门大学问。

想想看，你的手机里存着多少照片、视频，还有那些有用的文件。

每次看着满满当当的存储空间，心里总会冒出一个疑问：这些数据到底是怎么管理的？说到这里，咱们就不得不提到计算机的三级存储体系。

这个名字听上去高大上，其实说白了就是存储数据的不同层次，简单易懂又能让你对计算机有更深的了解。

让我们聊聊一级存储，也就是咱们常说的“寄存器”和“缓存”。

嘿，你可以把它想象成一个快速的小仓库，里面储存着最常用的数据和指令。

就像你在厨房里常用的调料罐，盐、糖、酱油总是放在手边，想用就能立刻拿到。

寄存器是CPU里的一部分，速度飞快，几乎可以说是计算机里的“超跑”。

缓存则稍微大一些，但也得非常迅速。

哎呀，这俩东西的速度和效率，简直能让你忍不住拍手叫好。

然后就是二级存储，咱们通常称为“主存”或“内存”。

这个就像是你的冰箱，虽然没有那么快，但却能存放大量的数据。

你想想，冰箱里有多少东西能让你一顿饭不愁？同样，内存中储存着程序运行时所需的数据和指令。

这部分存储可以随时读写，非常灵活。

不过，记住了，内存里的数据一旦断电就全没了，和那冰箱里的食物一样，过期了就得扔掉，真是让人心疼。

再往下就是三级存储，咱们称它为“外部存储”或“磁盘存储”。

这一层就像是你家里的仓库，可以放下超多的东西。

外部存储包括硬盘、固态硬盘、U盘等等。

这些家伙的容量大得惊人，能够装下你一辈子的视频、音乐和文件。

说到这里，你肯定会想，哎，为什么不把所有东西都放在外部存储里呢？哈哈，问题就在于速度。

外部存储的读写速度相比内存和缓存慢得多，这就像你去仓库找东西，总得花点时间才能翻到那个你想要的文件。

你看，这三级存储就像一座金字塔。

最上面的是寄存器，速度快但容量小；中间是内存，速度和容量中等；最下面是外部存储，容量大但速度慢。

这种分层存储的方式，可以让计算机在运行时既能高效又能节省资源，真是聪明绝顶的设计。

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。

计算机存储分级
计算机存储分级是指计算机内部存储器按照不同的速度、容量和价格等因素进行分级。

计算机存储分级的目的是为了满足不同用户的需求，同时也是为了提高计算机的性能和效率。

计算机存储分级主要分为三个层次：主存储器、辅助存储器和高速缓存存储器。

主存储器是计算机中最重要的存储器，也是最快的存储器。

主存储器通常是由动态随机存储器（DRAM）或静态随机存储器（SRAM）构成。

主存储器的容量通常比较小，但是它的读写速度非常快，可以满足计算机对数据的实时处理需求。

主存储器的价格相对较高，但是它的性能和效率也是最高的。

辅助存储器是计算机中容量最大的存储器，通常是硬盘、光盘、磁带等。

辅助存储器的读写速度比主存储器慢，但是它的容量非常大，可以存储大量的数据和程序。

辅助存储器的价格相对较低，但是它的性能和效率也比主存储器低。

高速缓存存储器是介于主存储器和辅助存储器之间的一种存储器。

高速缓存存储器通常是由SRAM构成，它的容量比主存储器小，但是读写速度比主存储器快。

高速缓存存储器的作用是为了提高计算机的性能和效率，它可以缓存主存储器中的数据和程序，减少CPU 对主存储器的访问次数，从而提高计算机的运行速度。

计算机存储分级是为了满足不同用户的需求，同时也是为了提高计算机的性能和效率。

不同的存储器层次有不同的特点和优缺点，用户可以根据自己的需求选择适合自己的存储器。

简述现代计算机中都采用的三级存储器体系结构现代计算机体系结构通常采用三级存储器体系结构,也被称为地址空间体系结构。

该体系结构由三个层次组成:数据存储器、指令存储器和控制存储器。

数据存储器是计算机最重要的存储器之一,用于存储程序和数据。

在三级存储器体系结构中,数据存储器通常分为两个部分:随机存取存储器(RAM)和静态随机存取存储器(SDRAM)。

RAM是计算机中最快速的存储器,用于存储程序和数据。

它通常是动态分配的,可以在程序运行时动态地更改。

静态RAM则是一次性分配的,一旦分配后就不能更改。

指令存储器是计算机中存储指令的存储器。

指令存储器通常由一个或多个指令库组成,每个指令都包含指令代码、操作码和操作结果。

指令存储器通常是一个静态的存储器,可以在程序运行时动态地访问。

控制存储器是计算机中存储控制信息的存储器。

控制存储器通常包括指令控制码、中断控制码、时钟控制码等,用于控制计算机的操作。

在三级存储器体系结构中,控制存储器通常是静态的。

三级存储器体系结构是现代计算机体系结构中最常用的体系结构之一,具有高速度和高可靠性的特点。

它使得计算机能够处理大量的数据和执行复杂的指令。

同时,三级存储器体系结构也具有灵活性和可扩展性,可以根据需要增加更多的
存储器层次。

操作系统的多级存储体系摘要：本文首先对计算机系统的三级存储结构的进行介绍和初步分析，然后分别对三级存储结构进行详细的介绍。

由于主存储器不能同时满足存取速度快、存储容量大、成本低等现代人们对存储系统的要求，用高速缓冲存储器来改善主存储器与中央处理器的速度匹配问题，用辅助存储器用于扩大存储空间，成为一种合理而有郊的存储体系。

关键词：三级存储结构高速缓存主存储器虚拟存储器引言：随着计算机技术的发展，人们对计算机系统整体性能的要求越来越高，要求存储容量大，存取速度快，而且成本价格要低。

但这些要求往往互相矛盾，彼此制约，很难在同一个存储器中同时满足它们。

例如存储器的速度越快，则每位的价格就越高；存储器的容量越大，则存储器的速度就越慢。

按照目前的技术水平，仅仅采用一种技术组成单一的存储器是不可能同时满足这些要求的。

只有采用由多级存储器组成的存储体系，把几种存储技术结合起来，才能较好地解决存储器大容量、高速度和低成本这三者之间的矛盾。

正文：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、调度的一体化存储器系统。

如图所示：图1三级结构存储器的运行原理是建立在程序运行的局部性原理和一致性原则和包含性原则之上的。

1.程序运行的局部性原理有时间、空间和顺序三方面的规律。

2.一致性原则和包含性原则（1）一致性原则：同一个信息会同时存放在几个层次的存储器中，此时，这一信息在几个层次的存储器中必须保持相同的值。

（2）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。

高速缓存在计算机技术发展过程中，主存储器存取速度一直比中央处理器操作速度慢得多，使中央处理器的高速处理能力不能充分发挥，整个计算机系统的工作效率受到影响。

有很多方法可用来缓和中央处理器和主存储器之间速度不匹配的矛盾，如采用多个通用寄存器、多存储体交叉存取等，在存储层次上采用高速缓冲存储器也是常用的方法之一。

电脑硬件知识：三级缓存是什么电脑硬件知识：三级缓存是什么三级缓存是为读取二级缓存后未命中的数据设计的—种缓存，在拥有三级缓存的CPU中，只有约5%的数据需要从内存中调用，这进一步提高了CPU的效率。

其运作原理在于使用较快速的储存装置保留一份从慢速储存装置中所读取数据且进行拷贝，当有需要再从较慢的储存体中读写数据时，缓存(cache)能够使得读写的动作先在快速的装置上完成，如此会使系统的响应较为快速。

分类Cache(三级缓存)，分为两种，早期的是外置，以后的升级产品都是内置的。

而它的实际作用即是，L3缓存的应用可以进一步降低内存延迟，同时提升大数据量计算时处理器的性能。

降低内存延迟和提升大数据量计算能力对游戏都很有帮助。

而在服务器领域增加L3缓存在性能方面仍然有显著的提升。

比方具有较大L3缓存的配置利用物理内存会更有效，故它比较慢的磁盘I/O子系统可以处理更多的数据请求。

具有较大L3缓存的处理器提供更有效的文件系统缓存行为及较短消息和处理器队列长度。

其实最早的L3缓存被应用在AMD发布的K6-III处理器上，当时的L3缓存受限于制造工艺，并没有被集成进芯片内部，而是集成在主板上。

在只能够和系统总线频率同步的L3缓存同主内存其实差不了多少。

后来使用L3缓存的是英特尔为服务器市场所推出的Itanium处理器。

接着就是P4EE和至强MP。

Intel还打算推出一款9MB L3缓存的Itanium2处理器，和以后24MB L3缓存的双核心Itanium2处理器。

但基本上L3缓存对处理器的性能提高显得不是很重要，比方配备1MB L3缓存的Xeon MP处理器却仍然不是Opteron的对手，由此可见前端总线的增加，要比缓存增加带来更有效的性能提升。

性能影响三级缓存对性能影响时高时低。

在游戏方面，提升三级缓存的容量对游戏的.性能影响很大，虽然对一般家用机没有什么用，但是如果是网吧机或者是发烧机提升三级缓存的容量还是会有显著的性能提升的。

DAS、NAS、SAN目前磁盘存储市场上，存储分类（如下表一）根据服务器类型分为：封闭系统的存储和开放系统的存储，封闭系统主要指大型机，AS400等服务器，开放系统指基于包括Windows、UNIX、Linux等操作系统的服务器；开放系统的存储分为：内置存储和外挂存储；开放系统的外挂存储根据连接的方式分为：直连式存储（Direct-Attached Storage，简称DAS）和网络化存储（Fabric-Attached Storage，简称FAS）；开放系统的网络化存储根据传输协议又分为：网络接入存储（Network-Attached Storage，简称NAS）和存储区域网络（Storage Area Network，简称SAN）。

由于目前绝大部分用户采用的是开放系统，其外挂存储占有目前磁盘存储市场的70%以上，因此本文主要针对开放系统的外挂存储进行论述说明。

第一个图有问题，把NAS和SAN一样放在FAS之下是不对的，通常也没有FAS 这种说法，DAS，NAS和SAN是平行的关系。

NAS不一定要用光纤。

NAS是文件级存储，SAN和DAS通常是数据块级存储。

表一：今天的存储解决方案主要为：直连式存储（DAS）、存储区域网络（SAN）、网络接入存储（NAS）。

如下表二：开放系统的直连式存储（Direct-Attached Storage，简称DAS）已经有近四十年的使用历史，随着用户数据的不断增长，尤其是数百GB以上时，其在备份、恢复、扩展、灾备等方面的问题变得日益困扰系统管理员。

主要问题和不足为：直连式存储依赖服务器主机操作系统进行数据的IO读写和存储维护管理，数据备份和恢复要求占用服务器主机资源（包括CPU、系统IO等），数据流需要回流主机再到服务器连接着的磁带机（库），数据备份通常占用服务器主机资源20-30%，因此许多企业用户的日常数据备份常常在深夜或业务系统不繁忙时进行，以免影响正常业务系统的运行。

简述计算机存储系统
计算机存储系统是计算机中最重要的组成部分，它负责处理和存储计算机数据、信息的记录、管理和分发。

近年来，由于云计算技术的发展，计算机存储系统发展快速，它在计算机系统中扮演着越来越重要的角色。

计算机存储系统主要分为三大部分：计算机软件，硬件设备和存储媒体。

计算机软件是用于管理计算机存储系统的一类程序，它能够帮助用户进行数据管理、文件检索以及实现备份等功能。

硬件设备是指为支持计算机存储系统而设计的硬件，包括硬盘、磁带机以及光盘驱动等，主要负责数据的输入和输出。

存储媒体是指将数据或信息存储的媒介，包括有线电视磁带、硬磁盘、光盘等。

除了这三个主要部分之外，计算机存储系统还有一些其他部分，包括存储协议、数据结构、操作系统、缓存等。

存储协议是计算机存储系统之间通信的一种规范，目的是保护数据和确保存储存储系统之间的兼容性。

数据结构是指将数据组织为特定格式的方法，以便于计算机存储系统更有效地进行数据管理。

操作系统是计算机系统的基础设施，负责管理和控制计算机存储系统的一系列任务。

缓存是指计算机存储系统中的一种临时存储器，它可以暂时存储和处理数据，以提高计算机系统的效率。

计算机存储系统在计算机系统中起着不可或缺的作用，它不仅能够有效帮助用户管理和存储数据，而且能够提高计算机系统的运行效率。

计算机存储系统的发展有助于推动云计算技术的发展，从而为用
户提供更加便捷的服务。

随着计算机技术的不断发展，计算机存储系统也会继续改进，以满足用户的需求。

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。

简述现代计算机常用的三级存储体系。

现代计算机常用的三级存储体系包括以下三种：
1. 主存储器（Random Access Memory，RAM）：主要用于存储正在运
行的程序和数据，属于容量大、速度快、成本高的存储器，但一旦计算机
断电，内存中的数据就会丢失。

2.辅助存储器（如硬盘、闪存、光盘等）：用于长期保存数据和程序，属于容量大、速度慢、成本低的存储器，但数据可以长期保存。

3. 高速缓存存储器（Cache Memory）：位于主存和CPU之间，目的
是为了提高CPU的运行速度。

它可以存储CPU需要经常访问的数据和指令，当CPU需要读取数据或执行指令时，首先会查找高速缓存存储器中是否存在，如果存在则直接从高速缓存存储器中获取，这样可以避免从主存储器
中读取数据的时间延迟。

但是，高速缓存存储器的容量较小，相对于主存
储器及辅助存储器，成本更高。

常见存储类设备的三种类型1 常见存储类型对于企业存储设备而言，根据其实现方式主要划分为DAS、SAN和NAS三种，分别针对不同的应用环境，提供了不同解决方案。

（区别见图2）图1三种存储技术比较1.1 DASDAS（Direct Attach STorage）：是直接连接于主机服务器的一种储存方式，每一台主机服务器有独立的储存设备，每台主机服务器的储存设备无法互通，需要跨主机存取资料时，必须经过相对复杂的设定，若主机服务器分属不同的操作系统，要存取彼此的资料，更是复杂，有些系统甚至不能存取。

通常用在单一网络环境下且数据交换量不大，性能要求不高的环境下，可以说是一种应用较为早的技术实现。

1.2 SANSAN（Storage Area Network）：是一种用高速（光纤）网络联接专业主机服务器的一种储存方式，此系统会位于主机群的后端，它使用高速I/O 联结方式，如SCSI, ESCON 及Fibre- Channels。

一般而言，SAN应用在对网络速度要求高、对数据的可靠性和安全性要求高、对数据共享的性能要求高的应用环境中，特点是代价高，性能好。

例如电信、银行的大数据量关键应用。

1.3 NASNAS（Network Attached Storage）：是一套网络储存设备，通常是直接连在网络上并提供资料存取服务，一套NAS 储存设备就如同一个提供数据文件服务的系统，特点是性价比高。

例如教育、政府、企业等数据存储应用。

2 三种技术比较以下，通过表格的方式对于三种存储技术进行一个简单的比较。

表格1 三种技术的比较录像存储录像存储是指将监控图像录制下来，并以文件形式存储在存储设备中，并可在以后随时被读出回放。

存储的实现有多种模式，包括DAS（直连存储）、SAN（存储区域网）和NAS（网络存储）等。

DAS就是普通计算机系统最常用的存储方式，即将存储介质（硬盘）直接挂接在CPU的直接访问总线上，优点是访问效率高，缺点是占用系统总线资源、挂接数量有限，一般适用于低端PC系统。