3HAC026225-002，3HAC026225-002

存儲層次

 
主-輔存存儲層次 由于計算機主存容量相對于程序員所需要的容量來說總是太小，程序與數(shù)據(jù)從輔存調(diào)入主存是由程序員自己安排的，程序員必須花費很大精力和時間把大程序預(yù)先分成塊，確定好這些程序塊在輔存中的位置和裝入主存的地址，而且還要預(yù)先安排好程序運行時各塊如何和何時調(diào)入調(diào)出，因此存在存儲空間的分配問題。操作系統(tǒng)的形成和發(fā)展使得程序員盡可能擺脫主、輔存之間的地址定位，同時形成了支持這些功能的“輔助硬件”，通過軟件、硬件的結(jié)合，把主存和輔存統(tǒng)一成了一個整體，如圖所示。這時，由主存、輔存形成了一個存儲層次，即存儲系統(tǒng)。從整體看，其速度接近于主存的速度，其容量則接近于輔存的容量，而每位的平均價格也接近于廉價的慢速的輔存平均價格。這種系統(tǒng)不斷發(fā)展和完善，就逐步形成了現(xiàn)在廣泛使用的虛擬存儲系統(tǒng)。在系統(tǒng)中，應(yīng)用程序員可用機器指令地址碼對整個程序統(tǒng)一編址，如同程序員具有對應(yīng)這個地址碼寬度的全部虛存空間一樣。該空間可以比主存實際空間大得多，以致可以存得下整個程序。這種指令地址碼稱為虛地址（虛存地址、虛擬地址）或邏輯地址，其對應(yīng)的存儲容量稱為虛存容量或虛存空間；而把實際主存的地址稱為物理地址、實（存）地址，其對應(yīng)的存儲容量稱為主存容量、實存容量或?qū)崳ㄖ鳎┐婵臻g

當(dāng)用虛地址訪問主存時，機器自動地把它經(jīng)輔助軟件、硬件變換成主存實地址。查看這個地址所對應(yīng)的單元內(nèi)容是否已經(jīng)裝入主存，如果在主存就進(jìn)行訪問，如果不在主存內(nèi)就經(jīng)輔助軟件、硬件把它所在的那塊程序和數(shù)據(jù)由輔存調(diào)入主存，而后進(jìn)行訪問。這些操作都不必由程序員來安排，也就是說，對應(yīng)用程員員是透明的。 主-輔存層次解決了存儲器大容量要求和低成本之間的矛盾。 在速度方面，計算機的主存和CPU直保持了大約一個數(shù)量級的差距。顯然這個差距限制了CPU速度潛力的發(fā)揮。為了彌合這個差距，僅采用一種工藝的單一存儲器是行不通的，必須進(jìn)一步從計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和組織上去研究。設(shè)置高速緩沖存儲器（Cache）是解決存取速度的重要方法。在CPU和主存中間設(shè)置高速緩沖存儲器，構(gòu)成高速緩存（Cache）-主存層次，要求Cache在速度上能跟得上CPU的要求。Cache-主存間的地址映象和調(diào)度吸取了比它較早出現(xiàn)的主-輔存存儲層次的技術(shù)，不同的是因其速度要求高，不是由軟、硬件結(jié)合而完全由硬件來實現(xiàn)，如圖所示。
地址映象是指某一數(shù)據(jù)在內(nèi)存中的地址與在緩沖中的地址，兩者之間的對應(yīng)關(guān)系。

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