多级存储系统指的是计算机系统中包含多个不同类型的存储设备,如CPU中的寄存器、Cache、内存、硬盘等。其建立的基本原理包括以下几个方面:
存储层次结构是指计算机中将数目不等、容量不同、访问速度不同的存储设备按照访问速度从快到慢划分成不同的层次。这些存储设备根据其访问时间和容量大小的不同,一般被划分为高速缓存、主存储器和辅助存储器三个等级。
具体而言,高速缓存的速度最快,容量最小,并且位于CPU内部;主存储器的速度比较快,容量中等,并且与CPU通过总线相连;而辅助存储器的访问速度较慢,容量比较大,一般位于磁盘或者其他外部设备中。
寻址技术是多级存储系统实现有效性的基础。将存储系统分层次管理后,如何有效地访问到所需数据就成为了一个问题。多级存储系统采用了多级寻址技术,即所有的存储单元都有自己的地址,通过地址可以找到存储单元中储存的数据。
在寻址时,通过访问高速缓存、主存、辅助存储器等存储设备不同的访问速度,使系统避免了频繁地读取或者存取数据,提高了效率。因此,多级寻址技术也是多级存储系统实现高效和经济的关键。
局部性原理是指计算机程序在执行时,常常访问一小部分的数据和代码,而不是均匀地访问内存中所有的数据。针对这一原理,多级存储系统采用了预取策略和缓存策略,提高了存储系统的效率。
具体而言,预取策略是指在预测程序的执行顺序的基础上,提前将可能会用到的数据和代码预先读入高速缓存或者主存中。缓存策略是指根据数据的访问频率和时间戳等技术,决定缓存中数据的保存时间和方式,从而达到减少数据访问时间的目的。
多级存储系统建立的最终目的是提高存储效率和成本效益。针对不同的存储设备,存储容量和访问速度等不同的特点,多级存储系统在选择存储设备时需要考虑成本效益问题。
大容量、低速度的存储设备成本低,但是访问速度慢,而小容量、高速度的存储设备成本高,但是速度快。因此,在建立多级存储系统时,需要考虑容量和速度之间的平衡,并且根据实际应用需求进行适当的调整,以达到高效的存储效果。