操作系统中存储系统简介 虚拟内存、内存管理、分页、保护

存储器的层次结构

对于存储器，速度越快，能耗越高，材料成本也越高
存储系统的层次结构从上到下依次为：

1. 寄存器
   • 访问速度非常快，通常在半个CPU时钟周期内完成读写。
   • 与CPU主频相关，例如2GHz主频的CPU，其时钟周期为0.5纳秒。
2. CPU Cache
   • 使用SRAM（Static Random-Access Memory，静态随机存储器）芯片，只要有电，数据就可以保存。
   • 分为三层：
     • L1 Cache：分为数据缓存和指令缓存，通常大小为32K。
     • L2 Cache：通常大小为1024K。
     • L3 Cache：通常大小为14080K。
3. 内存
   • 使用DRAM（动态随机存取存储器）芯片。
   • 相比SRAM，DRAM密度更高，功耗更低，容量更大，造价便宜。
   • DRAM 存储一个 bit 数据，只需要一个晶体管和一个电容就能存储，但是因为数据会被存储在电容里，电容会不断 漏电，所以需要「定时刷新」电容
   • 访问速度较慢，大约在200~300个时钟周期之间。
4. SSD/HDD硬盘
   • SSD（固态硬盘）：数据在断电后仍然保存，读写速度比内存慢10~1000倍。
   • HDD（机械硬盘）：通过物理读写方式访问数据，速度比内存慢约10万倍。

存储器之间的实际价格和性能差距

不同层级的存储器在成本和性能上存在显著差距：

• L1 Cache：单位成本7美元/MB，随机访问延时1ns。
• <