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在现代计算机中,硬式磁盘机(硬盘)或固态硬盘(固态硬盘)通常用作辅助存储。这存取时间硬盘或固态硬盘的每字节通常以毫秒(千分之一秒),而主存储的每字节访问时间以纳秒(十亿分之一秒)。因此,辅助存储比主存储慢得多。轮流光存贮器设备,如激光唱片和数字影碟驱动器的访问时间甚至更长。辅助存储技术的其他示例包括usb闪存驱动,软盘,磁带,纸带,穿孔卡片,以及RAM磁盘。
一旦磁盘读/写磁头在HDD上,到达适当的位置,并且数据、轨道上的后续数据可以非常快速地被访问。为了减少寻道时间和旋转延迟,数据以大型连续块的形式传输到磁盘或从磁盘传输。磁盘上的顺序或块访问比随机访问快几个数量级,并且已经开发了许多复杂的范例来设计基于顺序和块访问的高效算法。减少I/O瓶颈的另一种方法是并行使用多个磁盘,以增加主内存和辅助内存之间的带宽。
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大多数计算机操作系统使用的概念虚拟内存,允许利用比系统中物理可用容量更多的主存储容量。随着主内存填满,系统会将最少使用的块(页)复制到辅助存储器上的交换文件或页面文件中,以便以后需要时检索它们。如果将大量页面移动到较慢的辅助存储,系统性能会降低。 数据以固定大小的块在内存和缓存之间传输,称为缓存线或者缓存块。当将高速缓存行从存储器复制到高速缓存中时,创建高速缓存条目。高速缓存条目将包括复制的数据以及请求的存储器位置(称为标签)。当处理器需要读取或写入内存中的某个位置时,它首先在缓存中检查相应的条目。高速缓存在可能包含该地址的任何高速缓存行中检查所请求的存储器位置的内容。如果处理器发现内存位置在缓存中,则缓存命中已经发生了。但是,如果处理器在缓存中找不到内存位置,则会引发缓存未命中已经发生了。在高速缓存命中的情况下,处理器立即读取或写入高速缓存行中的数据。对于高速缓存未命中,高速缓存分配一个新的条目并从主存储器复制数据,然后从高速缓存的内容满足请求。