存儲器的分級存儲結構

A. 什麼是存儲器的四級存儲結構

CPU一級、二級、三級緩存+外部RAM存儲器總共是四級存儲。

CPU緩存到硬碟，一級比一級快，如果沒CPU緩存、內存，直接讓CPU讀取硬碟的話，CPU會一直等硬碟慢慢地把數據傳過來給它處理，這樣慢死了。所以先把硬碟上准備處理的數據傳到內存等待，最急著處理的就由內存傳到CPU緩存里，CPU可以以最高的速度讀取要處理的數據。

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目前，快閃記憶體陣列已經逐漸普及，新埠的固態硬碟、NVMe網路架構，使存儲系統的性能有了大幅提升。未來，隨著新技術帶來的存儲效率大幅提升，將有越來越多的企業選擇快閃記憶體陣列來滿足數據實時性應用需求。

高效、易於擴展的分布式平台引領存儲架構新趨勢。分布式存儲系統採用可擴展的架構，不僅能提高存儲的效率和數據的安全性，還可以進行性能和容量的橫向擴展，解決大規模、高並發場景下的存儲訪問問題。

B. 存儲器的結構組成

微機系統中主存儲器通常由若干存儲晶元及相應的存儲控制組織而成，並通過存儲匯流排(數據匯流排、地址匯流排和控制匯流排)與CPU及其他部件相聯系，以實現數據信息、控制信息的傳輸。由於存儲器晶元的容量有限，實際應用中對存儲器的字長和位長都會有擴展的要求。

C. 現代計算機儲存器的分級體系

在計算機系統中存儲層次可分為高速緩沖存儲器、主存儲器、輔助存儲器三級。高速緩沖存儲器用來改善主存儲器與中央處理器的速度匹配問題。輔助存儲器用於擴大存儲空間。

存儲系統的性能在計算機中的地位日趨重要，主要原因是：

1、馮諾伊曼體系結構是建築在存儲程序概念的基礎上，訪存操作約佔中央處理器（CPU）時間的70%左右。

2、存儲管理與組織的好壞影響到整機效率。

3、現代的信息處理，如圖像處理、資料庫、知識庫、語音識別、多媒體等對存儲系統的要求很高。

內儲存器（內存）

內儲存器直接與CPU相連接，由存取速度較快的電子元件構成，但儲存容量較小。用來存放當前運行程序的指令和數據，並直接與 CPU 交換信息，是 CPU 處理數據的主要來源。

內儲存器由許多儲存單元組成，每個單元能存放一個二進制數或一條由二進制編碼表示的指令。內儲存器是由隨機儲存器和只讀儲存器構成的。只讀存儲器（ROM，Read Only Memory）用於機器的開機初始化工作和系統默認的設備參數設置。

D. 計算機採用的三級存儲結構是什麼

計算機採用的三級存儲結構是高速緩沖存儲器，主存儲器，輔助存儲器。

對於通用計算機，存儲層次至少具有三級：CPU寄存器，主存，輔存。較高檔的計算機有細分為六層：寄存器，高速緩存，主存，磁碟緩存，磁碟。可移動存儲介質。

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存儲器層次越高訪問速度越快，價格越昂貴。

1、主存儲器，簡稱內存或主存，用於保存進程運行時的數據，也成為可執行存儲器。CPU控制部件只能從主存儲器中獲得指令和數據，然後將他們裝入內存。或者從寄存器存入主存。

2、寄存器，訪問速度很快完全能與CPU協調工作，但價格十分昂貴。

2、高速緩存器：CPU訪問一組特定的數據時，總是先查詢在高速緩存中是否有需要的數據，若有則直接使用，否則從主存中讀取信息。

3、磁碟緩存，因目前磁碟的IO速度遠低於貯存的訪問速度，因此將頻繁使用的一部分磁碟數據和信息暫時存放在磁碟緩存中可減少訪問磁碟的次數。磁碟緩存依託於固定磁碟。當需要運行或訪問的時候，被調入主存。

E. 在操作系統中，什麼是分級的存儲體系結構，它主要解決什麼問題呢

計算機存儲系統的設計主要考慮容量、速度和成本三個問題。容量是存儲系統的基礎，都希望配置盡可能大的存儲系統；同時要求存儲系統的讀寫速度能與處理器的速度相匹配；此外成本也應該在一個合適的范圍之內。但這三個目標不可能同時達到最優。一般情況下，存儲設備讀寫速度越快，平均單位容量的價格越高，存儲容量越小；反之，存儲設備讀寫速度越慢，平均單位容量的價格越低，存儲容量越大。為了在這三者之間取得平衡，就採用分級的存儲體系結構，由寄存器、高速緩存、主內存、硬碟存儲器、磁帶機和光碟存儲器等構成。操作系統經常訪問較小、較貴而快速的存儲設備，以較大、較便宜而讀寫速度較慢的存儲設備作後盾。在整體上通過對訪問頻率的控制來提高存儲系統的效能。

F. 計算機三級存儲體系是什麼

計算機的存儲體系中，「三級存儲」指的是：高速緩沖存儲器、主存儲器、輔助存儲器。

三級存儲的用途：高速緩沖存儲器用來改善主存儲器與中央處理器的速度匹配問題；輔助存儲器用於擴大存儲空間。

計算機存儲器包括主存(main memory)，輔存(mass storage)和寄存器(register)。主存就是平時所說的內存，計算機運行時操作系統和其它進程的代碼存儲在其中。輔存主要指硬碟，也包括其它輔助存儲設備，如軟盤，U盤，光碟等，可以存放大量數據。寄存器位於CPU內，在指令執行時起臨時存放作用。

寄存器和主存、主存和輔存之間存在不停的數據傳輸和交流，其速度和容量就影響了計算機的性能。如果寄存器和主存之間每條指令和每個數據都進行一次傳輸，那麼計算機的運行速度就受到限制。因此出現了高速緩沖存儲器(cache memory)，用於成批處理寄存器內的數據，以同主存進行交流。

而且頻繁使用的數據，CPU可以直接從高速緩存中讀取，減少CPU的等待時間，提高系統效率。內存的容量有限，有時不能一次載入硬碟中所需的數據，這里會出現虛擬存儲(virtual memory)的概念。

虛擬存儲是指當要接收的數據超過內存容量時，系統會在硬碟內分配足夠的空間存儲這些數據，再把這些數據分成很多頁(page)，再根據需要實時地把一定的頁載入內存，這樣用戶感覺內存的容量就比真實的容量偏大。

另外，緩沖區(buffer)是用於存儲速度不同步的設備或優先順序不同的設備之間傳輸數據的區域，使進程之間的相互等待變少，從而使從速度慢的設備讀入數據時，速度快的設備的操作進程不發生間斷。

這里再順便說下離線(spooling)的概念。離線是指當多個進程要求同時使用非共享資源如列印機時，系統會根據需求把所有的數據同時讀取到硬碟，再在列印機上逐個列印，這樣給用戶的感覺就是一台列印機同時列印多個進程包含的文件。

G. 存儲系統層次結構包含哪些層

第一層：通用寄存器堆 第二層：指令與數據緩沖棧 第三層：高速緩沖存儲器 第四層：主儲存器（DRAM） 第五層：聯機外部儲存器（硬磁碟機） 第六層：離線外部儲存器（磁帶、光碟存儲器等） 這就是存儲器的層次結構~~~ 主要體現在訪問速度~~~ 1,設置多個存儲器並且使他們並行工作。本質：增添瓶頸部件數目，使它們並行工作，從而減緩固定瓶頸。 2,採用多級存儲系統，特別是Cache技術，這是一種減輕存儲器帶寬對系統性能影響的最佳結構方案。本質：把瓶頸部件分為多個流水線部件，加大操作時間的重疊、提高速度，從而減緩固定瓶頸。 3,在微處理機內部設置各種緩沖存儲器，以減輕對存儲器存取的壓力。增加CPU中寄存器的數量，也可大大緩解對存儲器的壓力。本質：緩沖技術，用於減緩暫時性瓶頸。

H. 計算機存儲系統分為哪幾個層次

在計算機系統中存儲層次可分為高速緩沖存儲器、主存儲器、輔助存儲器三級。

1、高速緩沖存儲器

高速緩沖存儲器是存在於主存與CPU之間的一級存儲器， 由靜態存儲晶元（SRAM）組成，容量比較小但速度比主存高得多，接近於CPU的速度。

在計算機存儲系統的層次結構中，是介於中央處理器和主存儲器之間的高速小容量存儲器。它和主存儲器一起構成一級的存儲器。高速緩沖存儲器和主存儲器之間信息的調度和傳送是由硬體自動進行的。

2、主存儲器

是計算機硬體的一個重要部件，其作用是存放指令和數據，並能由中央處理器（CPU）直接隨機存取。現代計算機是為了提高性能，又能兼顧合理的造價，往往採用多級存儲體系。即由存儲容量小，存取速度高的高速緩沖存儲器，存儲容量和存取速度適中的主存儲器是必不可少的。

3、輔助存儲器

即外儲存器，是指除計算機內存及CPU緩存以外的儲存器，此類儲存器一般斷電後仍然能保存數據。常見的外存儲器有硬碟、軟盤、光碟、U盤等。

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存儲保護：

近代計算機系統資源為一同執行的多個用戶程序所共享。就主存來說，它同時存有多個用戶的程序和系統軟體。

為使系統正常工作，必須防止由於一個用戶程序出錯而破壞同時存在主存內的系統軟體或其他用戶的程序，還須防止一個用戶程序不合法地訪問並非分配給它的主存區域。因此，存儲保護是多道程序和多處理機系統必不可少的部分。

主存保護是存儲保護的重要環節。主存保護一般有存儲區域保護和訪問方式保護。存儲區域保護可採用界限寄存器方式，由系統軟體經特權指令給定上、下界寄存器內容，從而劃定每個用戶程序的區域，禁止越界訪問。

I. 什麼是分級的存儲體系結構它主要解決了什麼問題

分級存儲是將數據採取不同的存儲方式分別存儲在不同性能的存儲設備上，減少非重要性數據在一級本地磁碟所佔用的空間，還可加快整個系統的存儲性能。分級存儲是根據數據的重要性、訪問頻率、保留時間、容量、性能等指標，將數據採取不同的存儲方式分別存儲在不同性能的存儲設備上，通過分級存儲管理實現數據客體在存儲設備之間的自動遷移。

數據分級存儲的工作原理是基於數據訪問的局部性。通過將不經常訪問的數據自動移到存儲層次中較低的層次，釋放出較高成本的存儲空間給更頻繁訪問的數據，可以獲得更好的性價比。這樣，一方面可大大減少非重要性數據在一級本地磁碟所佔用的空間，還可加快整個系統的存儲性能。

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在分級數據存儲結構中，存儲設備一般有磁帶庫、磁碟或磁碟陣列等，而磁碟又可以根據其性能分為FC磁碟、SCSI磁碟、SATA磁碟等多種，而快閃記憶體存儲介質(非易失隨機訪問存儲器(NVRAM))也因為較高的性能可以作為分級數據存儲結構中較高的一級。一般，磁碟或磁碟陣列等成本高、速度快的設備，用來存儲經常訪問的重要信息，而磁帶庫等成本較低的存儲資源用來存放訪問頻率較低的信息。

信息生命周期管理(Information Lifecycle Management,ILM)是StorageTek公司針對不斷變化的存儲環境推出的先進存儲管理理念，ILM試圖實現根據數據在整個生命周期過程中不斷變化的數據訪問需求而進行數據的動態分布。

分級存儲和ILM在存儲體系結構上基本相同，目標也都是使不同級別的數據在給定時間和不同級別的存儲資源能夠更好的匹配。二者本質差別是數據分級的標准不同：前者標准為數據近期被訪問的概率;後者標准為數據近期對企業的價值。

J. 簡述計算機三級存儲體系結構

在計算機系統中存儲層次可分為高速緩沖存儲器、主存儲器、輔助存儲器三級。高速緩沖存儲器用來改善主存儲器與中央處理器的速度匹配問題。輔助存儲器用於擴大存儲空間。

1、高速緩沖存儲器

存在於主存與CPU之間的一級存儲器， 由靜態存儲晶元(SRAM)組成，容量比較小但速度比主存高得多， 接近於CPU的速度。在計算機存儲系統的層次結構中，是介於中央處理器和主存儲器之間的高速小容量存儲器。它和主存儲器一起構成一級的存儲器。高速緩沖存儲器和主存儲器之間信息的調度和傳送是由硬體自動進行的。

2、主存儲器（Main memory）

計算機硬體的一個重要部件，其作用是存放指令和數據，並能由中央處理器（CPU）直接隨機存取。現代計算機是為了提高性能，又能兼顧合理的造價，往往採用多級存儲體系。即由存儲容量小，存取速度高的高速緩沖存儲器，存儲容量和存取速度適中的主存儲器是必不可少的。

主存儲器是按地址存放信息的，存取速度一般與地址無關。32位（比特）的地址最大能表達4GB的存儲器地址。這對多數應用已經足夠，但對於某些特大運算量的應用和特大型資料庫已顯得不夠，從而對64位結構提出需求。

3、外儲存器

輔助存儲器又稱外存儲器（簡稱外存）。指除計算機內存及CPU緩存以外的儲存器，此類儲存器一般斷電後仍然能保存數據。常見的外存儲器有硬碟、軟盤、光碟、U盤等。

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計算機的主存儲器不能同時滿足存取速度快、存儲容量大和成本低的要求，在計算機中必須有速度由慢到快、容量由大到小的多級層次存儲器，以最優的控制調度演算法和合理的成本，構成具有性能可接受的存儲系統。存儲系統的性能在計算機中的地位日趨重要，主要原因是：

1、馮諾伊曼體系結構是建築在存儲程序概念的基礎上，訪存操作約佔中央處理器（CPU）時間的70%左右。

2、存儲管理與組織的好壞影響到整機效率。

3、現代的信息處理，如圖像處理、資料庫、知識庫、語音識別、多媒體等對存儲系統的要求很高。