多级存储器体系及其在操作系统中的作用

一个完整的计算机系统中有多种用于存储数据与程序的存储设备，虽然这些存储设备在存取速度、存储容量等属性方面都各不相同，但是将它们组织在一起后就能发挥各自的特长，共同承担存储信息的任务，所以现代计算机一般采用多级存储器体系。

基本的存储设备包括内存和外存。由于CPU中的寄存器也可以存储少量的信息，所以它也可以看作是存储体系中的一层。另外，现在的计算机系统一般都增加了高速缓存（Cache）。从寄存器到高速缓存，再到内存，最后到外存，存取速度越来越慢，容量越来越大，成本和存取频度越来越低。

（1）寄存器。寄存器是CPU内部的高速存储单元，主要用于存放程序运行过程中所使用的各种数据。寄存器的存储容量最小，但存取速度最高。

（2）高速缓冲存储器，简称高速缓存。其存取速度与CPU速度相当，非常快，但成本高且容量较小（一般为几KB到几百KB），主要用来存放使用频率较高的少量信息。(www.xing528.com)

（3）内部存储器，简称内存，又称主存储器。程序只有装入内存后才能运行，因此内存储器一般用来存放用户正在执行的程序和使用到的数据，CPU可以直接执行内存中的指令及直接存取内存中的数据。内存的存取速度要比高速缓存慢一点，容量要比高速缓存大得多（一般为几GB）。

（4）外部存储器，简称外存，又称辅助存储器。外存不能被CPU直接访问，一般用来存放大量的、暂时不用的数据信息。外存的存取速度较低且成本也较低，但容量较大（一般为几十GB到几百GB）。

用户对内存的要求是大容量、高速度和持久性，但面临的物理实现却是一个由缓存、内存和外存等组成的存储架构。很显然，这样一个存储架构与用户对内存的要求相差甚远，要以这样的存储架构为基础，为用户提供所需的内存抽象，就需要有一个合理有效的内存管理机制。