存储器层次对用户来说是透明的。存储层次的管理由计算机硬件个操作系统来完成。高速存储器的每位价格远高于低速存储器，因此采用层次存储器的目的，还在于以接近低速存储器的平均每位价格，得到接近告诉存储器的性能。典型的计算机层次由多级构成，每级都有特定的容量及速度。

（1）       寄存器组

微处理器寄存器组可看作存储器层次的顶层。典型的RISC微处理器大约有32个32位寄存器，总共128字节，其访问时间为几个ns。

（2）       片上RAM

如果微处理器要达到最佳性能，采用片上存储器时必需的。它和片山的寄存器组具有同级的读/写速度。与片外存储器相比，它有较好的功耗效率，并减少了电磁干扰。许多嵌入式系统中简单的片上RAM而不是Cache，因为它简单、便宜、功耗低。但片上RAM又不能太快、太大，因为片上RAM和片上寄存器组具有较高的实现成本，所以一般片上集成RAM的容量是必须考虑的。

（3）       片上Cache

片上Cache存储器的容量为8~32kb，访问时间大概有10ns。高性能PC机系统可能第2级片外Cache，其容量为几百KB，访问时间为几十ns。

（4）       主存储器

主存储器可能是几兆字节到1GB的动态存储器，访问时间大概是50ns。

（5）       硬盘

硬盘作为后援存储器，容量可能从几百兆字节到几十个GB，访问时间为几十ms。

注意，即使系统中没有第2级Cache，主存储器和硬盘之间的性能差别也远大于其他相邻级别之间的差别。

保存在寄存器组中的数据可由编译器或汇编语言直接控制，但其他存储器层次中的内容通常为自动管理。Cache对于应用程序往往是不可见的。在硬件控制下，指令和数据以块或页的形式向上层级和下层级移动。主存和后援存储器之间的页映射由操作系统控制，对于应用程序时透明的。由于主存和后援存储器之间性能差异太大，决定在何时在这2级间移动数据的算法更为复杂。

嵌入式系统通常没有硬盘，因此也不采用页方式。但是许多嵌入式系统采用Cache，ARM CPU芯片采用了多种Cache结构。

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