【操作系统】存储器笔记

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我是靠谱客的博主瘦瘦柠檬，最近开发中收集的这篇文章主要介绍【操作系统】存储器笔记，觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

概述

存储器结构

可执行寄存器

主存储器

寄存器

高速缓存

磁盘缓存

存储器结构

对于通用计算机而言，存储层次至少应具有三级：最高层为CPU寄存器，中间为主存，最底层是辅存。这三层还可进一步划分（如下图），其中CPU寄存器和主存属于操作系统的管辖范畴，掉电后它们中存储的信息不再存在；而辅存则属于持久化保存介质，它们存储的信息会被长期保存。

可执行寄存器

在计算机系统的存储层次中，CPU寄存器和主存又被称为可执行存储器。进程可以在很少的时钟周期内使用一条load或 store指令对可执行存储器进行访问。但对辅存的访问则需要通过IO设备实现。因此，在访问中将涉及到中断、设备驱动程序以及物理设备的运行，所需耗费的时间远远高于访问可执行存储器的时间，一般相差3个数量级甚至更多。

主存储器

主存储器简称内存或主存，用于保存进程运行时的程序和数据，也称可执行存储器。

通常，处理机都是从主存储器中取得指令和数据的，并将其所取得的指令放入指令寄存器中，而将其所读取的数据装入到数据寄存器中;或者反之，将寄存器中的数据存入到主存储器。

由于主存储器访问速度远低于CPU执行指令的速度，为缓和这一矛盾，在计算机系统中引入了寄存器和高速缓存。

寄存器

寄存器具有与处理机相同的速度，故对寄存器的访问速度最快，完全能与CPU协调工作。寄存器主要用于存放处理机运行时的数据，以加速存储器的访问速度，如使用寄存器存放操作数，或用作地址寄存器加快地址转换速度等。

高速缓存

高速缓存是现代计算机结构中的一个重要部件，它是介于寄存器和存储器之间的存储器，主要用于备份主存中较常用的数据，以减少处理机对主存储器的访问次数，这样可大幅度地提高程序执行速度。高速缓存容量远大于寄存器，而比内存约小两到三个数量级左右，从几十KB到几MB，访问速度快于主存储器。

通常，进程的程序和数据存放在主存储器中，每当要访问时，才被临时复制到一个速度较快的高速缓存中。这样，当CPU访问一组特定信息时，须首先检查它是否在高速缓存中，如果已存在，便可直接从中取出使用，以避免访问主存，否则，就须从主存中读出信息。如大多数计算机都有指令高速缓存，用来暂存下一条将执行的指令，如果没有指令高速缓存，CPU将会空等若干个周期，直到下一条指令从主存中取出。由于高速缓存的速度越高价格也越贵，故在有的计算机系统中设置了两级或多级高速缓存。紧靠内存的一级高速缓存的速度最高，而容量最小，二级高速缓存的容量稍大，速度也稍低。

磁盘缓存

由于目前磁盘的IO速度远低于对主存的访问速度，为了缓和两者之间在速度上的不匹配，而设置了磁盘缓存，主要用于暂时存放频繁使用的一部分磁盘数据和信息，以减少访问磁盘的次数。但磁盘缓存与高速缓存不同，它本身并不是一种实际存在的存储器，而是利用主存中的部分存储空间暂时存放从磁盘中读出（或写入）的信息。主存也可以看作是辅存的高速缓存，因为，辅存中的数据必须复制到主存方能使用，反之，数据也必须先存在主存中，才能输出到辅存。

一个文件的数据通常被存储在辅存中（如硬盘），当其需要运行或被访问时，就必须调入主存，也可以暂时存放在主存的磁盘高速缓存中。