软件设计师 - 层次化存储

层次化存储体系

辅助存储器，外存：硬盘，光盘，U盘等，其容量能达到TB级别

内存：随机存储器RAM，只读存储器ROM，其容量能达到GB级别

Cache：按内容存取，其容量能达到MB级别

CPU中寄存器：最快，容量小，成本高，其容量能达到B级别

虚拟存储体系：内存+外存

三级存储体系：Cache+内存+外存

局部性原理

是层次化存储结构的支撑

时间局部性：刚被访问的内容，立即被访问，循环的体现

空间局部性：刚被访问的内容，临近的空间很快被访问，顺序的体现，数组

存储器分类

按存储器位置分类：内存，外存

按存取方式分类：

        按内容存取：

                相联存储器，Cache

        按地址存取：

                随机存取存储器：内容

                顺序存取存储器：磁带

                直接存取存储器：磁盘

按工作方式分类：

        随机存取存储器RAM，内存DRAM，掉电内容丢失，定时刷新

        只读存储器ROM，BIOS

其他概念

SRAM：静态随机存取存储器，不需要定时刷新

EEPROM：电可擦可编程只读存储器

Cache

命中率

会随着容量的扩大而提高，但并非线性的，命中率主要由映射方式决定

平均访问时间

命中概率*Cache访问时间+非命中概率*主存访问时间（默认包含了访问Cache不命中的时间）

主存与Cache之间的地址映射有硬件直接完成，映射方式如下：

• 直接相联映像：硬件电路简单，冲突率很高，cache内分块，主存中分区，区内分块，cache内的块只与主存中块号相同的块相联。
• 全相联映像：冲突率低，cache内分块，主存中分块，cache内的块可以和主存中任意块相联。
• 组相联映像：前两者折中，cache内分组，组内分页，主存中分区，区内分组，组内分页，cache内的页只与主存中与其组号相同的组内任意页相连，组间使用直接相联，组内使用全相联。

替换算法

• LRU（Least Recently Used）
• LFU（Least Frequently Used）
• FIFO（First-In, First-Out）
• Random Replacement
• MRU（Most Recently Used）
• ARC（Adaptive Replacement Cache）
• 2Q
• Clock Algorithm

主存编址计算

存储单元：一般是8bit

每个存储单元都有一个地址

存储单元个数：最大地址-最小地址+1

编址内容：

按字编址：这个和系统位数有关

按字节编址：8bit一个存储单元

总容量：存储单元个数*编址内容

总片数：总容量/每片容量