多级存储体系由cache、主存和虚拟存储器构成

随着计算机技术的不断进步，存储器技术也得到了很大的发展。多级存储体系由cache、主存和虚拟存储器构成，是计算机存储器架构中非常重要的一部分。在这篇文章中，我们将从多个角度分析这个体系，并探讨它对计算机系统的各种影响。

从体系结构角度来看，多级存储体系采用了层次化的设计思想，将不同访问速度的存储器组织成多个级别。CPU首先读取cache中的数据，如果找不到则访问主存，如果主存也没有，则访问虚拟存储器。因为cache是最接近CPU的存储器，访问速度最快，所以可以减少CPU访问主存和虚拟存储器的次数，从而提高了计算机的整体运行速度。此外，多级存储体系也使得计算机的内存容量得以大大提高，而且还降低了造价。

从计算机性能角度来看，多级存储体系显著提高了计算机的响应速度。在多数情况下，访问cache所需的时间仅为1-2个CPU周期，而访问主存需要数十个周期，访问虚拟存储器则需要更多。因此，多级存储体系可以显著减少响应时间，使得计算机运行更加高效、流畅。此外，由于cache和主存的容量相对有限，可以用于存储频繁访问的数据，而虚拟存储器则可用于存储很少被使用的数据，从而提高了存储器的使用效率。

从软件设计角度来看，多级存储体系也有些许的影响。虚拟存储器的使用使得内存在应用程序中的管理更加复杂，这种方式需要操作系统提供所谓的“内存管理单元（MMU）”。此外，在一些情况下，缓存数据可能会过期，这就需要程序掌握在何时更新cache和主存中的数据，从而保持数据的正确性。这种更新可能是显式的（如调用一个更新命令）或隐式的（如在某个特定时间）。这些额外的复杂性需要由软件开发人员进行考虑，进而对软件设计进行调整，以适应多级存储体系的特点。

从应用程序设计角度来说，多级存储体系也可以对程序的设计方式产生影响。例如，从cache到虚拟内存，访问时间逐渐变长，因此有些程序可能需要根据数据在存储器层次结构中的层级来设计算法，以充分利用每一个可用的缓存。

综合上述影响，多级存储体系显然是计算机系统中非常重要的一个组成部分，它在不同的方面都对计算机系统产生了深刻影响。在未来，随着技术的进步和应用程序的不断丰富，多级存储体系也将逐步得到更加完善和深入的发展。