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。

计算机体系结构中的存储器层级计算机体系结构是指计算机硬件系统中相互关联的各个组成部分及其之间的工作方式和结构。

在计算机体系结构中，存储器层级是一个关键组成部分。

存储器层级是指计算机内存的不同层次，按照速度和成本的不同，从高速、小容量的寄存器到低速、大容量的辅助存储器，构成了一个层次结构。

本文将探讨计算机体系结构中的存储器层级及其作用。

1. 寄存器寄存器是CPU内部最快的一级存储器，用于存储指令、数据和地址等临时数据。

寄存器位于CPU的芯片内部，访问速度非常快，通常可以在一个时钟周期内完成数据的读写操作。

由于寄存器的容量有限，一般只能存储一小部分数据，但它们对CPU的运行至关重要，可以提供快速的数据交换和运算。

2. 高速缓存高速缓存是位于CPU和内存之间的一级高速存储器。

它的主要作用是提供CPU近期使用的数据和指令，以加快访问速度。

高速缓存的容量比寄存器大，可以存储更多的数据。

高速缓存通常分为多级，例如L1、L2和L3缓存，其中L1缓存离CPU最近，速度最快，而L3缓存离CPU最远，速度较慢。

3. 内存内存是计算机中主要的存储介质，它能够存储正在使用的程序和数据。

内存的访问速度比较快，但相对于寄存器和高速缓存来说仍然较慢。

内存的容量相对较大，通常以GB为单位。

内存按照地址进行划分，并且能够被CPU直接寻址，但需要通过内存控制器进行数据的读写操作。

4. 辅助存储器辅助存储器包括磁盘、固态硬盘（SSD）和光盘等，它们位于计算机内部或外部，用于长期存储数据和程序。

辅助存储器的容量非常大，可以达到TB级别。

相比于其他存储器层级，辅助存储器的访问速度较慢，但它具有非常重要的持久性特征，即使计算机断电，数据也能得到保留。

存储器层级的设置是为了平衡计算机处理器的速度和存储器的容量。

高速存储器层级可以提供快速的数据访问，以满足CPU的运算需求；而容量较大的存储器层级可以存储更多的数据，保证程序的正常运行。

同时，存储器层级也有助于节省成本，因为高速存储器的成本显然比较贵，而容量较大的存储器成本比较低。

计算机中的存储器层次结构及其特点是什么计算机的存储器层次结构是指由多个不同速度和容量的存储器组成的层次化结构，其目的是在满足性能和成本的要求下，提供高效的数据存储和访问。

存储器层次结构包括高速缓存、主存储器和辅助存储器，每个层次的存储器都有其特定的特点和用途。

1. 高速缓存高速缓存是位于计算机中央处理器（CPU）内部的一种特殊存储器，用于存放最常用的数据和指令。

它具有以下特点：- 高速访问：由于其接近CPU，高速缓存能够以更快的速度提供数据，从而减少CPU的等待时间，提高系统性能。

- 小容量：高速缓存的容量相对较小，一般只能存储少量的数据和指令。

- 自动管理：高速缓存采用自动管理机制，通过缓存替换算法和预取策略来提高数据访问效率。

2. 主存储器主存储器属于计算机系统的核心组成部分，用于暂时存储正在执行的程序和数据。

主存储器具有以下特点：- 大容量：相比于高速缓存，主存储器的容量较大，可以存储更多的数据和指令。

- 较低的访问速度：相对于高速缓存，主存储器的访问速度慢一些，但仍然比辅助存储器快得多。

- 动态随机存取：主存储器采用动态随机存取存储器（DRAM）作为存储单元，具有读写功能。

3. 辅助存储器辅助存储器用于长期存储和备份数据和程序，其特点如下：- 大容量：辅助存储器具有非常大的容量，可以存储大量的数据和程序。

- 相对较慢的访问速度：辅助存储器的访问速度相对较慢，但它能够长期保存数据，并且可以进行离线操作。

- 持久性存储：与高速缓存和主存储器不同，辅助存储器是非易失性存储器，即断电后数据仍然会被保留。

通过这三个层次的存储器结构，计算机系统能够根据数据的访问频率和容量需求进行智能管理和分配，从而提高系统性能和运行效率。

高速缓存作为最接近CPU的快速存储器，能够快速提供数据，减少CPU的等待时间。

主存储器作为快速存取存储器，存储正在执行的程序和数据。

而辅助存储器则用于长期保存数据和进行离线操作。

总结起来，计算机中的存储器层次结构通过高速缓存、主存储器和辅助存储器的组合，实现了性能和成本的平衡。

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。

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。