cpu不能直接访问的存储器是

引言

在计算机系统中，CPU（中央处理器）是控制和执行指令的核心组件。但是，CPU并不能直接访问所有的存储器，一些存储器是无法被CPU直接访问的。本文将详细介绍CPU不能直接访问的存储器。

内存层次结构

为了提高计算机系统的性能，计算机系统通常采用多层次的存储器结构。这种存储器层次结构包括寄存器、高速缓存、主存和辅助存储器。CPU能够直接访问的存储器主要包括寄存器和高速缓存，而主存和辅助存储器则需要通过一定的机制才能被CPU访问。

寄存器

寄存器是CPU内部的存储器，用于存放指令和数据。寄存器的容量非常有限，但是它的读写速度非常快，因此能够满足CPU对于高速数据访问的需求。CPU能够直接访问寄存器，而且寄存器的读写操作可以在一个时钟周期内完成。

高速缓存

高速缓存是位于CPU和主存之间的一层存储器，用于缓存主存中的部分数据和指令。高速缓存的容量比寄存器大，但是比主存小。高速缓存的读写速度比主存快，但是比寄存器慢。CPU能够直接访问高速缓存，而且高速缓存的读写操作也可以在一个时钟周期内完成。

主存

主存是计算机系统中的主要存储器，用于存放程序和数据。主存的容量比寄存器和高速缓存大，但是读写速度比寄存器和高速缓存慢。主存通常是以字节为单位进行寻址的，每个字节都有一个唯一的地址。

物理地址空间

主存的容量是由物理地址空间决定的。物理地址空间是一个由连续的物理地址组成的地址空间，每个物理地址对应一个存储单元（通常是一个字节）。物理地址空间的大小取决于计算机系统的体系结构，现代计算机系统通常具有32位或64位的物理地址空间。

虚拟地址空间

为了提高主存的利用率和安全性，计算机系统通常采用虚拟内存技术。虚拟内存将主存抽象成一个更大的地址空间，称为虚拟地址空间。虚拟地址空间的大小可以超过物理地址空间的大小。虚拟地址由虚拟地址空间中的偏移量和一组控制位组成。

地址转换

当CPU访问主存时，需要将虚拟地址转换为物理地址。这个过程称为地址转换。地址转换是由硬件和操作系统共同完成的。硬件负责将虚拟地址翻译为物理地址，而操作系统负责管理地址转换所需的数据结构。

页表

页表是地址转换的关键数据结构之一。它将虚拟地址空间划分为一组固定大小的页，并将每个页映射到主存中的一个物理页。页表通常存储在主存中，由操作系统维护。当CPU访问主存时，硬件根据页表将虚拟地址转换为物理地址。

地址缺页

当CPU访问一个虚拟页时，如果该虚拟页没有被映射到主存中的物理页，则会发生地址缺页。操作系统会通过一定的机制将该虚拟页从辅助存储器中加载到主存中，并更新页表中的映射关系。然后CPU重新执行被中断的指令。

辅助存储器

辅助存储器是计算机系统中的持久存储器，用于存放程序、数据和操作系统。辅助存储器的容量比主存大得多，但是读写速度比主存慢。辅助存储器通常是以块为单位进行寻址的，每个块都有一个唯一的地址。

硬盘

硬盘是一种常见的辅助存储器设备。它由多个盘片组成，每个盘片都有两个面。数据存储在盘片的磁道上，磁头用于读写数据。硬盘的读写速度比主存慢得多，但是容量比主存大得多。

闪存

闪存是一种非易失性存储器，用于存储程序和数据。闪存的读写速度比硬盘快，但是比主存慢。闪存具有较高的耐用性和抗震动性，因此被广泛用于便携式设备和固态硬盘。

总结

本文介绍了CPU不能直接访问的存储器。寄存器和高速缓存是CPU能够直接访问的存储器，而主存和辅助存储器则需要通过一定的机制才能被CPU访问。主存通过地址转换和虚拟内存技术实现了对大容量存储器的管理和访问。辅助存储器则用于持久存储程序和数据。