计算机系统中为何采用层次化存储体系,计算机组成原理与体系结构—

1. 简介

存储层次是在计算机体系结构下存储系统层次结构的排列顺序。每一层于下一层相比都拥有较高的速度和较低延迟性，以及较小的容量。大部分现今的中央处理器的速度都非常的快。大部分程序工作量需要存储器访问。由于高速缓存的效率和存储器传输位于层次结构中的不同档次，所以实际上会限制处理的速度，导致中央处理器花费大量的时间等待存储器I/O完成工作。

2. 分类

由上图可知：

(1)层次化的存储结构可以分为：CPU、Cache(高速缓存)、主存(内存)、外存(辅存)。

(2)从上至下，读取速度越来越慢，存储容量越来越大。

3. 计算机的存储结构为什么层次化的划分？

主要原因是为了提高性价比减少成本。我们已经知道CPU的读取速度是非常快的，那我们为什么不只用CPU内存呢？是因为CPU的价格非常昂贵的，至今为止，CPU中基本上还是一级缓存和二级缓存。三级缓存比较少见。而且，CPU中的存储容量是非常小的，基本都是KB级别的存储，CPU的内存容量也就几KB，MB级别的CPU内存也是比较少见的。所以，出于经济成本的考虑，计算机中的存储结构是按照层次进行划分的。

4. 局部性原理

局部性原理: CPU访问存储器时，无论是存取指令还是存取数据，所访问的存储单元都趋于聚集在一个较小的连续区域中。

三种不同类型的局部性:

时间局部性(Temporal Locality)：如果一个信息项正在被访问，那么在近期它很可能还会被再次访问。程序循环、堆栈等是产生时间局部性的原因。

空间局部性(Spatial Locality)：在最近的将来将用到的信息很可能与正在使用的信息在空间地址上是临近的。

顺序局部性(Order Locality)：在典型程序中，除转移类指令外，大部分指令是顺序进行的。顺序执行和非顺序执行的比例大致是5:1。此外，对大型数组访问也是顺序的。指令的顺序执行、数组的连续存放等是产生顺序局部性的原因。

早在 1968 年，Denning.P 就曾指出：程序在执行时将呈现出局部性规律，即在一较短的时间内，程序的执行仅局限于某个部分；相应地，它所访问的存储空间也局限于某个区域。他提出了下述几个论点：

程序执行时，除了少部分的转移和过程调用指令外，在大多数情况下仍是顺序执行的。该论点也在后来的许多学者对高级程序设计语言(如 FORTRAN 语言、PASCAL 语言)及C 语言规律的研究中被证实。

过程调用将会使程序的执行轨迹由一部分区域转至另一部分区域，但经研究看出，过程调用的深度在大多数情况下都不超过 5。这就是说，程序将会在一段时间内都局限在这些过程的范围内运行。

程序中存在许多循环结构，这些虽然只由少数指令构成，但是它们将多次执行。程序中还包括许多对数据结构的处理，如对数组进行操作，它们往往都局限于很小的范围内。

局限性还表现为下述两个方面：时间局限性。如果程序中的某条指令一旦执行，则不久以后该指令可能再次执行；如果某数据被访问过，则不久以后该数据可能再次被访问。产生时间局限性的典型原因是由于在程序中存在着大量的循环操作。

空间局限性。一旦程序访问了某个存储单元，在不久之后，其附近的存储单元也将被访问，即程序在一段时间内所访问的地址，可能集中在一定的范围之内，其典型情况便是程序的顺序执行。存储器中，如磁带上，这样做还能降低存储价格。

计算机系统中为何采用层次化存储体系,计算机组成原理与体系结构——层次化存储结构...相关推荐

计算机组成原理与体系结构——层次化存储结构
1. 简介存储层次是在计算机体系结构下存储系统层次结构的排列顺序.每一层于下一层相比都拥有较高的速度和较低延迟性,以及较小的容量.大部分现今的中央处理器的速度都非常的快.大部分程序工作量需要存储 ...
计算机组成原理——关于数据对齐存储
计算机组成原理--关于数据对齐存储 1. 综述博客:http://blog.csdn.net/cyxcw1/article/details/9080519(C/C++数据边界对齐的注意事项) 对齐: ...
【软考系统架构设计师】计算机组成原理与体系结构章节习题集
[软考系统架构设计师]计算机组成原理与体系结构章节习题集 [计算机组成原理章节习题集第01题:红色] 01.RISC指令系统的特点包括() ①指令数量少 ②寻址方式多 ③指令格式种类少 ④指令长度固定 ...
计算机组成原理和体系结构----软考（到处copy）
计算机组成原理和体系结构数据的表示 n进制转十进制十进制转n进制使用短除法二进制转八进制和十六进制原码.反码.补码以及移码浮点数运算计算机结构计算机体系结构分类 - Flynn CIS ...
太原理工计算机组成原理报告,太原理工《计算机组成原理与体系结构》--实验报告.docx...
本科实验报告课程名称:计算机组成原理与体系结构实验项目: 运算器.移位器.运算存储器. 总线控制.微程序控制器原理实验地点: 明向计算机学院306实验室专业班级: 物联1403 学号:2014 ...
【软件设计师】计算机组成原理与体系结构-Flynn分类法
计算机组成原理与体系结构-Flynn分类法 Flynn分类法 Flynn分类法 Flynn分类法是一种计算机体系结构的分类方法.通过这种分类方法,我们可以把常见的计算机进行分类.分类依据有两个指标,分 ...
计算机系统中使用二进制数的优势,大学计算机基础考试题库(含答案)
D 控制系统各部件正确地执行程序 16.下列四条叙述中,属RAM特点的是 b A 可随机读写数据,且断电后数据不会丢失 B 可随机读写数据,断电后数据将全部丢失 C 只能顺序读写数据,断电后数据将部分 ...
微型计算机系统中麦克风属于,2017年一级计算机考试选择题
2017年一级计算机考试选择题计算机是人类大脑的延伸,可代替人脑的若干功能并加以强化.下面是小编整理的关于一级计算机考试选择题,欢迎大家参考! 1.一个汉字的机内码与它的国标码之间的差是______ ...
计算机组成原理：储存系统和结构
❤️强烈推荐人工智能学习网站❤️ 储存系统的组成: 1.按作用分类 1>高速缓冲存储器:位于主存和CPU之间,用来存放正在执行的程序段和数据,以便CPU能高速的访问它们.其速度可以和CPU速度相 ...
计算机组成原理---冯诺依曼体系结构及性能和功耗
文章总结摘要自徐文浩老师的<深入浅出计算机组成原理> 文章目录一.计算机的基本硬件组成二.冯诺依曼体系结构性能计算机的计时单位:CPU 时钟功耗并行优化,理解阿姆达尔定律总结 ...

计算机系统中为何采用层次化存储体系,计算机组成原理与体系结构——层次化存储结构...

计算机系统中为何采用层次化存储体系,计算机组成原理与体系结构——层次化存储结构...相关推荐

最新文章

热门文章