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🚀前言

计算机存储技术是指用于存储数据和指令的各种技术。这些技术可以分为两大类：主存储技术和辅助存储技术。主存储技术通常指的是随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM），而辅助存储技术包括硬盘驱动器（HDD）、固态驱动器（SSD）、光盘驱动器和磁带等。

主存储技术

1. 随机存取存储器（RAM）：

   • 动态RAM（DRAM）：每个内存单元由一个晶体管和一个电容组成，需要周期性刷新。
   • 静态RAM（SRAM）：使用四到六个晶体管构成无需刷新的存储单元，速度快但成本高，常用于缓存。

2. 只读存储器（ROM）：

   • 可编程ROM（PROM）：内容可由用户一次性写入。
   • 可擦写可编程ROM（EPROM）：通过紫外线光照射可以擦除数据。
   • 电擦写可编程ROM（EEPROM）：可以通过电信号擦除和重写数据，用于固件更新等。

辅助存储技术

1. 硬盘驱动器（HDD）：

   • 使用磁性材料存储数据，通过磁头读写数据。容量大，成本较低，但速度比SSD慢，且易受物理冲击影响。

2. 固态驱动器（SSD）：

   • 使用闪存（NAND Flash）存储数据。没有机械移动部件，读写速度快，抗震性好，但写入次数有限，价格高于HDD。

3. 光盘驱动器：

   • 使用激光技术读写光盘（CD、DVD、Blu-ray等）。适用于数据备份和分发，但使用逐渐减少。

4. 磁带：

   • 用于大量数据的备份和长期存储。虽然数据访问速度慢，但成本低，容量大，适合存档。

新兴存储技术

1. 3D XPoint（英特尔Optane）：

   • 提供比传统NAND Flash更快的速度和更高的耐用性。可以作为RAM或SSD使用，填补了DRAM和SSD之间的性能差距。

2. 非易失性内存表达（NVMe）接口：

   • 专为SSDs设计的接口，通过PCI Express（PCIe）总线提供更高的传输速率和更低的延迟。

计算机存储技术的发展不仅推动了存储容量的增加和成本的降低，也促进了新型存储解决方案的创新，如固态硬盘（SSD）的广泛应用和新型存储介质（如3D XPoint）的开发，以满足不断增长的数据存储需求。

🚀一、存储器的层次结构

🔎1.存储器的层次结构

存储器的层次结构是计算机系统中用来组织和管理存储资源的一种方式，目的是平衡成本、容量、速度和访问时间之间的差异。这种层次结构从顶层的最快速度存储器到底层的大容量存储器排列，形成了一个多层次的存储系统。每一层都作为下一层的缓存，以提高数据访问速度和效率。从上到下，速度逐渐变慢，容量增大，成本 per bit 降低。

存储器层次结构的各层：

1. 寄存器：

   • 存储在处理器内部，用于暂存指令、数据和地址。
   • 访问速度最快，但容量有限且成本较高。

2. 高速缓存（Cache）：

   • 位于处理器和主内存之间，用于缓存最近使用的数据和指令。
   • 分为多级（L1、L2、L3），其中L1 Cache最接近处理器，速度最快但容量最小；L3则相反。

3. 主存储器（RAM）：

   • 提供程序运行时的数据和指令存储。
   • 访问速度比Cache慢，但比辅助存储快，容量大于Cache，成本较低。

4. 辅助存储器：

   • 包括硬盘驱动器（HDD）、固态硬盘（SSD）和光盘等，用于持久存储数据。
   • 容量最大，成本 per bit 最低，但访问速度最慢。

存储器层次结构的目的和优点：

• 性能和成本的平衡：通过在快速但昂贵的存储器和慢速但便宜的存储器之间建立多级层次，计算机系统能够在成本和性能之间找到一个平衡点。
• 提高数据访问速度：通过将频繁访问的数据存储在更快的存储介质中，减少对慢速存储的访问，从而提高了整体的数据访问速度。
• 透明性：存储器的层次结构对程序员来说大多是透明的，即他们不需要知道数据存储在哪一层，操作系统和硬件会自动管理数据的位置。

存储器层次结构是计算机架构设计中的一个关键概念，通过有效地组织存储资源，可以显著提高计算机系统处理大量数据时的效率和性能。

🔎2.练习

1、在程序的执行过程中，Cache与主存的地址映射是由（ ）完成的。(（2017下半年试题）
A.操作系统
B.程序员调度
C.硬件自动
D.用户软件

解析：

在程序执行过程中，Cache（高速缓存）与主存（内存）之间的地址映射主要是通过硬件自动完成的。这个过程涉及到数据和指令在主存和Cache之间的自动传输，确保处理器能够快速访问当前需要的数据和指令。

A. 操作系统：虽然操作系统管理着内存和文件系统，并且涉及到虚拟内存管理，但它不直接管理Cache与主存的地址映射。这一过程主要是硬件层面上自动完成的。

B. 程序员调度：程序员可以优化程序以提高Cache的使用效率，例如通过减少缓存未命中的情况来改进程序的局部性原理，但程序员并不直接参与Cache与主存之间的地址映射。

C. 硬件自动：这是正确的选项。Cache与主存之间的地址映射是由硬件自动完成的，无需软件干预。硬件逻辑如Cache控制器会根据访问模式自动地将数据和指令在主存和Cache之间传输，以保证处理器有最快的访问速度。

D. 用户软件：用户软件运行在操作系统之上，并利用操作系统提供的内存管理功能。用户软件不直接控制Cache与主存之间的映射。

因此，正确答案是 C. 硬件自动，因为在程序执行过程中，Cache与主存之间的地址映射确实是由硬件自动完成的。这个过程对于最终用户和程序员来说是透明的，旨在提高计算机系统的整体性能。

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