计算机架构中的内存层次结构

在计算机系统设计中，一个处理器，以及大量的内存设备已经被使用。然而，主要的问题是，这些部件都很昂贵。因此,组织的记忆系统的实现可以通过内存层次来实现。它有几个不同性能的内存级别。但所有这些都可以提供一个确切的目的，从而可以减少访问时间。内存层次结构的开发依赖于程序的行为。本文对计算机结构中的存储器层次结构进行了概述。

什么是内存层次?

计算机中的内存可以根据速度和使用方式分为五个层次结构。处理器可以根据其要求从一个级别移动到另一个级别。内存中的五个层次结构是寄存器，高速缓存，主存储器，磁盘和磁带。前三个层次结构是易失性的记忆，这意味着当没有电源时，然后自动失去存储的数据。虽然最后两个层次结构不易用，但这意味着它们永久地存储数据。

内存元素是该组存储设备将二进制数据存储在位类型中。一般来说，记忆的存储可分为挥发性和非挥发性两类。

计算机架构中的内存层次结构

的内存层次结构设计在计算机系统中主要包括不同的存储设备。大多数电脑都内置了额外的存储空间，以使其运行能力超过主存容量。以下内存层次结构关系图是计算机存储器的层次金字塔。内存层次结构的设计分为两种类型，即主要(内部)内存和次要(外部)内存。

主内存

主存储器也称为内部存储器，这可以直接通过处理器访问。此内存包括Main，Cache以及CPU寄存器。

次要记忆

辅存储器也称为外部存储器，并且通过输入/输出模块可以由处理器访问。该存储器包括光盘，磁盘和磁带。

记忆层次特征

内存层次结构特征主要包括以下几个方面。

性能

以前，计算机系统的设计没有存储器层次结构，由于访问时间的巨大差异，主存与CPU寄存器之间的速度差距增大，导致系统性能下降。所以，增强是强制性的。由于系统性能的提高，在内存层次模型中进行了改进。

能力

内存层次结构的能力是内存可以存储的数据总量。因为当我们在内存层次结构中从上到下移动时，容量就会增加。

访问时间

内存层次结构中的访问时间是数据可用性和请求读或写之间的时间间隔。因为每当我们在内存层次结构中从上到下移动时，访问时间就会增加

每一点成本

当我们从底部转向存储层次结构内时，然后每个位的成本将增加，这意味着与外部存储器相比，内部存储器昂贵。

内存层次结构设计

计算机中的内存层次结构主要包括以下内容。

寄存器

通常，寄存器是计算机处理器中的静态RAM或SRAM，用于保存数据字，通常是64位或128位。程序计数器注册是最重要的所有处理器中都有。大多数处理器使用状态字寄存器和累加器。状态字寄存器用于决策，累加器用于存储数据，如数学运算。通常,计算机等复杂指令集计算机有如此多的寄存器来接受主存，和RISC-减少指令集计算机有更多的寄存器。

高速缓冲存储器

缓存存储器也可以在处理器中找到，但它可能是另一个很少IC（集成电路）它被分成了几层。缓存保存着经常从主存中使用的数据块。当处理器只有一个核心时，它很少会有两个(或)更多的缓存级别。目前的多核处理器将有三个，每个核有两个级别，其中一个级别是共享的。

主内存

计算机中的主内存仅为通信的CPU中的内存单元。它是计算机的主存储单元。此内存快速以及用于在计算机的操作中存储数据的大存储器。此内存由RAM和ROM组成。

磁光盘

计算机中的磁盘是由磁化材料制成的塑料制成的圆形板。通常，使用磁盘的两个面以及许多磁盘可以通过在每个平面上获得的读取或写入头堆叠在一个主轴上。计算机中的所有磁盘都会以高速接合。计算机中的轨道只不过是存储在同心圆旁边的斑点中的磁化平面中的位。这些通常分成名为扇区的部分。

磁带

该胶带是一种正常磁记录，其设计有细长的可磁化覆盖物，薄带的延伸塑料薄膜上。这主要用于备份巨额数据。每当计算机需要访问条带时，首先它将安装以访问数据。一旦允许数据，那么它将被卸载。存储器的进入时间将在磁带中较慢，并且需要几分钟才能访问条带。

记忆层次结构的优点

对存储器层次结构的需求包括以下内容。

• 内存分配简单又经济
• 删除外部破坏
• 数据可以散布到所有地方
• 允许要求分页和预分页
• 交换将更加有效

因此，这就是一切内存层次结构。从上面的信息来看，我们可以得出结论，它主要用于降低比特成本，访问频率，并增加容量，访问时间。因此，设计师他们需要满足他们消费者的必需品的这些特征。这是一个问题，OS中的内存层次结构吗?