计算机系统简介（二）

一、什么是存储器系统？

存储器系统（memory system）是一个具有不同容量、成本和访问时间的存储设备的层次结构。

二、计算机中的存储器

1. 存储器是计算机系统中的记忆设备，用来存放程序和数据

• 主存（Memory）：也叫内存，多指存储器的整体，包括记录介质，有关电路和其他部件
• 辅存（Storage）：也叫外存，多指记录介质本身，包括：磁盘、固态盘、磁带、存储阵列等

2. 存储器在计算机中扮演的角色：

三、存储器的层次结构

1. 寄存器（Registers）：

        属于CPU内部的最快存储器，用于存储指令和临时数据。寄存器的容量非常有限，但访问速度非常快。寄存器常用于存储正在执行的指令和高频使用的数据，以减少访问其他存储器层次的开销。

2. 高速缓存（Cache）：

        位于CPU和主存储器之间的缓存层次。高速缓存由多个层次组成，例如L1、L2和L3缓存。它们的容量比寄存器大，但比主存储器小。高速缓存用于存储CPU最常访问的数据和指令，加速CPU对数据的访问，减少访问主存储器的延迟。

3. 主存储器（Main Memory）：

        主存储器是计算机系统中的主要存储介质。它通常由DRAM（动态随机存取存储器）构成，容量较大，并通过总线与CPU连接。主存储器用于存储程序、数据和操作系统等信息。由于主存储器与CPU之间的距离较远，访问速度相对较慢，因此高速缓存的存在可以提供更快的数据访问。

4. 辅助存储器（Secondary Storage）：

        辅助存储器用于长期存储数据和程序，例如硬盘驱动器、光盘和固态硬盘（SSD）。辅助存储器具有较大的容量，但访问速度较慢。它通常在主存储器上扩展存储容量，并且数据需要被加载到主存储器中才能被CPU访问。

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四、局部性

• 空间局部性：

         良好的空间局部性是指如果某个数据在某个位置被引用了一次，那么在不远的将来将引用它附近的内存位置。

• 时间局部性：

         良好的时间局部性是指是被引用过一次的数 据项会在不远的将来再次被多次引用。

怎样提高时间局部性和空间局部性？

        一个连续的向量，每个K个元素进行访问，我们就成为步长为K的引用模式stride-k reference pattern，步长越长，空间局部性越差，因此我们应该按照数据在内存中的存储位置，按照步长为1的模式读取数据；