计算机组成原理是理解计算机系统运行机制的关键领域，其中包括了存储系统的设计和运作。存储系统是计算机硬件中的一个重要组成部分，它的性能直接影响到整个系统的运行效率。本篇内容将深入讲解存储系统的各个方面。
存储系统的核心目标是平衡容量、速度和成本。理想的存储器应该有大容量来存储大量数据，高速度以跟上CPU的处理速度，同时价格低廉以满足经济性需求。为了实现这些目标，现代计算机通常采用存储层次结构，包括高速缓存（Cache）、主存储器（内存）和外部存储器（如硬盘）等不同层次，每个层次根据其特性在不同的应用场景中发挥作用。
4.1 存储系统概述中，我们了解到存储器有多种类型，例如随机存取存储器（RAM）分为静态RAM（SRAM）和动态RAM（DRAM），它们都是易失性存储，断电后数据会丢失。静态RAM速度快但成本高，常用于CPU附近的Cache；动态RAM容量大但速度稍慢，适合做主存储器。只读存储器（ROM）包括EPROM和E2PROM，它们是非易失性的，即使断电数据也不会消失，常用于存储固定的系统程序或配置信息。此外，还有多端口存储器、多体交叉存储器和相联存储器，它们是为了提高并发访问能力或提供特殊功能而设计的。
4.2 高速缓冲存储器（Cache）是用来缓解CPU与主存之间速度差异的。Cache的工作原理基于局部性原理，通过预先加载CPU即将访问的数据来减少等待时间。地址映射是将主存地址转换为Cache地址的过程，常用的映射方式有直接映射、组关联映射和全关联映射。替换算法如LRU（最近最少使用）和LFU（最不经常使用）决定何时将数据从Cache移出。同时，Cache与主存之间的一致性问题需要解决，以确保数据的正确性。
4.3 虚拟存储器则通过主存和外存（如磁盘）的结合，提供了一个比实际物理内存更大的逻辑内存空间。页式、段式和段页式是三种常见的虚拟存储管理方式，分别以固定大小的页面、逻辑模块的段和两者组合为基础。多用户工作和调度方式涉及到资源的分配和优先级管理，替换算法如最佳替换（OPT）、最近未使用（NRU）等决定了何时将页面交换到外存。
4.4 外存储器，如磁表面存储器（磁盘）和光存储器（CD、DVD等），提供了大容量的非易失性存储。磁盘存储器通过磁头在磁盘表面读写数据，磁盘阵列（RAID）则通过冗余和并行访问提高性能和可靠性。光存储器则利用激光在光盘上记录信息，通常用于长期存储和数据交换。
总结来说，计算机的存储系统是一个复杂而精细的层级结构，从高速缓存到主存再到外存，每一层都为特定的性能需求服务，同时也通过各种技术手段保证数据的正确性和系统的高效运行。理解这些基本概念和原理对于理解和优化计算机系统的性能至关重要。
