浅析计算机存储器分层结构

熊毅

摘 要 存储器是计算机系统重要的组成部分，用来存放程序和数据，有了存贮器，计算机就有了记忆能力，从而能自动地从存储器中去除保存的指令按序进行操作。计算机中所用的记忆元件有多种类型，如寄存器、几台RAM、动态RAM、磁盘、磁带、光盘等，他们有各自不同的速度、容量和价格，各类存储器按照层次化方式构成存储器分层体系结构。

关键词 计算机 储存器 分层结构

中图分类号：TP311.52 文献标识码：A

1存储器的分类

按照存储器的特点和使用方法的不同，可以分为以下几种类型：

（1）按信息的可更改性分类，可分为读写存储器和只读存储器。读写存储器中的信息可以读出和写入，RAM芯片是一种读写存储器，只读存储器用ROM表示，ROM存储器芯片中的信息一旦确定，通常情况下只读不写，但在某些情况下也可以重新写入。

（2）按功能分类，高速缓冲缓存由静态RAM芯片组成，位于主存和CPU只见，存取速度接近CPU的工作速度，用来存放当前CPU经常使用到的指令和数据。主存储器指令直接面向的存储器是主存储器，简称主存，不是指内存。CPU执行指令时给出的存储器地址是主存地址，因此主存是存储器分层题词结构中的核心存储器，用来存放系统中被启动运行的程序及其数据，主存目前一般用MOS管半导体存储器构成。海量后备存储器，磁带存储器和光盘存储器的容量大。速度快，主要用于信息的备份和脱机存档，辅存的内容需要调入主存后才能被CPU访问。

（3）顺序存取存储器，顺序存取存储器的特点是信息按顺序存放和读出，其存取时间取决于信息存放的位置，以记录块为单位编制。磁带存储器就是一种顺序存取存储器，其存储容量大但是存取速度慢。

（4）按断电后信息的可保存性分类，按断电后信息的可保存性分成非易失性存储器和易失性存储器，非易失性存储器的信息可一直保留不需要电源维持，如ROM、磁表面存储器、光存储器等；易失性存储器在电源关闭时信息自动丢失，如RAM、cache等。

2存储器的层次化结构

存储器容量和性能应随着处理器速度和性能的提高而同步提高，以保持系统性能的平衡。然而，在过去10多年中，随着时间的推移，处理器和存储器在性能发展上的差异越来越大，存储器在容量尤其是访问延时方面的性能增长越来越跟不上处理器性能发展的需要。为了缩小存储器和处理器两者之间的功能方面的差距，通常在计算机内部采用层次化的存储器题词结构。因为某一种元件制造的存储器很难同时满足大容量、高速度和低成本的要求。因此，在计算机中把各种不同容量和不同存取速度的存储器按照一定的结构有机地组织在一起，形成层次化的存储器体系结构。程序和数据按不同的层次存放在各级存储器中，整个存储系统在速度、容量和价格等方面具有较好的综合性能指标。如静态存储元件和动态存储原件的比较，静态存储元件所用MOS管多，占硅片面积大，因而功耗大，集成度底，但因为采用一个反馈触发器电路来存储信息，所以只要直流供电电源一直加载电路上，就能一直保持记忆状态不变，所以，无需刷新，也不会因为操作而使状态发生改变，故无需读后再生，特别是其读写速度快，其存储原理可看作是对带时钟的RS触发器的读写过程，因而适合做高速小容量的半导体存储器，而动态存储元件所用的MOS管少，占硅片面积小，因而功耗小，集成度很高；但因为采用电容储存电荷来存储信息，会发生漏电现象，所以要使状态保持不变，必须定时刷新，因为读操作会使状态发生改变，故需读后再生，特别是它的读写速度相对SRAM元件要慢的多，其存储原理可看作是对电容充、放电的过程，因而适合做慢速大容量的半导体存储器如主存。

3总结

在存储的设计过程中，必须要严格且灵活地运用上述的基本原则，只有充分合理地利用这些基本原则，性能优越的存储设计，才会使计算机的软件系统更加的稳定和高效。

计算机的巨大发展是我们有目共睹的，计算机为我们带来的生活方式、工作方式的革新是具有历史意义的。与此同时，开发好的计算机软件，并且对其进行有效的管理是必要的。我们应当对计算机软件开发制定合理的规范，使其朝着健康良好的方向发展，从而造福人类，为我们带来经济效应的同时能够持续发展。

参考文献

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