本系列文章是学习了网课《哈尔滨工业大学–计算机组成原理》之后，用以梳理思路而整理的听课笔记及相关思维拓展。本文涉及到的观点均为个人观点，如有不同意见，欢迎在评论区讨论。

这里只简单说明这几种辅助存储器，书上有更加细致的大量讲解，在此不做详细说明。

作为主存的后援设备，称为外部存储器，又称外存，和主存一起构成存储器系统中的主存—辅存层次。 和主存相比，辅存容量大、速度慢、价格低、可以脱机保存（属于“非易失性”存储器）。 主存速度快、成本高、容量小，大多数由半导体芯片构成，信息无法永久保存，属于“易失性”存储器。

常见的磁表面类型的存储器，在不同形状的载体上涂有磁性材料层，信息被记录在磁层上。工作时，靠载磁体高速运动，由磁头在磁层上进行读写操作。

写入时，记录的介质再磁头下方通过，对写入线圈输入一定方向和大小的电流，产生磁场，磁化记录介质，根据磁化的极性方向不同，以区别记录“0”和“1”。

读出时，被读的磁化单元切割磁感线，产生感应电动势，不同磁化方向（0和1），做切割磁感线时产生的感应电动势不同，从而读取出0和1。

固定磁头式，每个磁道有一个磁头，省去磁头径向寻找磁道的时间。 移动磁头，需要磁头在径向上做运动以寻找磁道。 移动磁头多盘片，多个盘片装在一个同心主轴上，每个记录面各有一个磁头，下图中的移动磁头多盘片除了上下的两个盘面，剩下10个盘面各有一个磁头，共10个磁头。

磁盘可以直接读取，只需知道信息所在的盘面、磁道和扇区的位置，通过磁头定位就可以直接找到并进行读写。 磁带存储器必须按照顺序进行存取，磁带的存取时间比从磁盘长。但是磁带容量较大，价位也比磁盘低。

通过光学方式进行读/写信息。采用非磁性介质进行光存储的技术称为第一代光存储技术，不能把内容抹掉重新写入；磁光存储采用磁性材料，可擦除重写。 光存储技术：应用激光在某种介质上写入信息，然后再利用激光读出信息。 磁光存储：光存储使用的介质是磁性材料，利用激光在磁记录介质上存储信息，可擦除重写。其可利用磁性薄膜上的热磁效应来记录信息，在一定温度下，对磁介质表面加上一个强度高于该介质矫顽力的磁场，就会发生磁通翻转，可以用来记录信息。（就是激光照射，降低矫顽力，施加磁场，改写磁场，实现写入）。

1、主存、缓存、辅存、虚存

主存：内存，直接与CPU交换信息 缓存：为了解决主存与CPU的速度匹配、提高访存速度的一种存储器 辅存：作为主存的后备存储器，不直接与CPU交换信息，容量比主存大，速度比主存慢 虚存：主存和辅存统一整体的叫法，为了解决扩大主存容量和地址分配的问题

2、RAM和ROM，DRAM和SRAM

RAM：随机存取存储器，在程序执行过程中既可以读出信息又可以写入信息 ROM：只读存储器，在程序执行过程中只能读出信息，不能写入信息 DRAM：用电容存储的电荷表达信息，因为电容有放电，所以电容需要刷新 SRAM：依靠触发器存储信息，只要电源不掉电，信息就不会丢失

3、缓存-主存、主存-缓存两个层次之间的相同点和不同点

相同点： 1、都是为了提高存储系统的性能价格比而构造的层次性存储体系，都尽量使存储系统的性能接近高速存储器，而价格接近低速存储器 2、二者都利用了程序访问的局部性原理，把最近常用的信息块从相对慢速而容量大的存储器调入相对相对高速而容量小的存储器 不相同点： 1、缓存-主存层次主要解决CPU与主存的速度差异问题，主存-缓存层次主要解决存储系统的容量问题 2、CPU可直接访问缓存-主存层次中的缓存和主存，但CPU只能访问主存-辅存中的主存 3、缓存-主存层次的管理由硬件完成，主存-辅存层次的管理由硬件和操作系统共同完成 4、二者未命中时的损失不同，通常主存存取时间是缓存时间的5到10倍，而辅存的存取时间通常是主存存取时间的上千倍，主存未命中时系统的性能损失远大于缓存未命中时的损失

1、设有8个模块组成的八体存储器结构，每个模块的存取周期为400ns，存储字长为32位。数据总线宽度为32位，总线传输周期50ns，试求顺序存储（高位交叉）和交叉存储（低位交叉）的存储器带宽。

八体存储器连续读出8个字的信息量为32b×8 = 256b，400ns内存储器的输出信息量为256b 顺序存储存储器连续读出8个字的时间是400ns×8 = 3200ns 交叉存储存储器连续读出8个字的时间是400ns + (8 - 1)×50ns = 750ns 高位交叉存储器的带宽是256/(32 ×10 ^ -7)(bps) = 8×10^7bps 低位交叉存储器的带宽是256/(7.5 ×10 ^ -7)(bps) = 34×10^7bps

2、设计算机采用直接映射缓存，主存的容量为4MB，缓存的容量为4096B，字块的长度为8个字（32位/字）

1、画出主存和缓存映射关系的主存地址各字段分配框图，说明每个字段的名称和位数 块中字节的索引需要5位（8个字需要3位，32位/字需要索引四个字节，需要2位；共5位），缓存块数为 2 12 / 2 5 2^{12} / 2^5 212/25 = 2 7 2^7 27，缓存块数需要7位Bit，主存地址位数（ 2 22 2^{22} 222 = 4MB）22位减去（5+7） = 10位。 因此主存地址在直接映射缓存方式下，被分成三个部分主存字块标记（10位）+ Cache字块标志（7位） + 字块内地址（5位）

2、若缓存初态为空，若CPU依次从主存第0，1，……，99号单元读出100个字，重复读10次，命中率多少？ CPU第一次读100个字的时候，需要从主存中读取放置到缓存中，因此，会用13次未命中（读0号字，因为字块长度是8，会把附近的其余7个字同时放在缓存中；读8、16……96的时候也是如此） 在读取完成一遍以后，之后这100号个字就会一直命中 命中率为：（100*10 - 13）/100×10 ×100% = 98.7%

3、如果缓存的存取时间是50ns，主存的存取时间是500ns，求平均存取时间 0.987×50ns + （1-0.987）×500ns = 55.85ns

4、缓存-主存系统的效率 （50ns / 55.85ns）×100% = 89.5%

3、芯片的引脚如何连接成指定要求的RAM，在前面几节均有详细介绍，都是一个套路，在此不再介绍。