第3章存储器体系结构•内容提要：随着计算机和微电子技术的发展，存储器无论是其器件还是体系结构都发生了很大的变化。本章首先介绍存储器层次结构、性能参数、多体并行存储器及磁盘阵列的基本概念与组成方式，然后讲述高速缓冲存储器Cache的组成与工作原理、虚拟存储器的构成与管理方式以及存储器保护措施。重点是存储器性能参数、多体并行存储器、磁盘阵列的组成方式、Cache的组成原理与地址映象、Cache的置换策略与主存更新、虚拟存储器组成与管理方式。难点是Cache的地址映象、Cache的置换策略与主存更新、虚拟存储器的组成与段页式管理。第3章存储器体系结构3.1概述3.2高速缓冲存储器Cache3.3虚拟存储器3.4存储器保护措施3.1概述3.1.1存储器的层次结构3.1.2基本概念与性能参数3.1.3多体并行存储器3.1.4磁盘阵列3.1.1存储器的层次结构存储器是计算机的主要部件之一，其容量、速度、价格是存储器设计时所要考虑的三个要素。近年来出现了许多种类型的存储器，它们各有特色，有的速度快，但容量小；有的容量大，但速度慢。一般而言，速度快的存储器容量小，位价格高。目前，存储器按照存储介质可分为半导体存储器、磁表面存储器和光存储器等。其中半导体存储器容量小，速度快，位价格高，常用作主存。磁表面存储器有磁盘和磁带，属于非易失存储器，容量大，位价格低，信息可以长久保存。光存储器容量也很大，位价格也很低，信息也可以长久保存。1.存储器访问中的局部性原理研究发现，程序在运行的过程中（80～90）%时间是在执行(10～20)%的程序代码，即局部性原理。表现为两个方面。（1）时间局部性：如果一个存储项被访问，则该存储项可能很快再次被访问。（2）空间局部性：如果一个存储项被访问，则该项及其相邻项可能很快被一起访问.形成这种局部性的原因在于程序的顺序执行和所包含的循环程序。2.存储器的层次结构为满足CPU对高速大容量存储器的需求，又不过高地增加成本。无论是巨型机、大型机、中小型还是微型计算机，都采用层次化的存储器体系结构，其表示如图3.1所示。图3.1多层存储器结构寄存器一般与CPU制作在一起，其速度与CPU一致,但数量有限。高速缓冲存储器(Cache)一般由双极型器件构成，容量小，界于CPU和主存储器之间，速度与CPU匹配，用来存放(10～20)%的常用程序或数据。主存多由半导体存储器构成，与CPU直接连接，容量较大。外存由非易失的存储器构成，容量很大，有时也称为海量存储器，用来存储暂不执行的程序或不被处理的数...