存储系统是计算机硬件的重要组成部分，它包括多个层次，从高速缓存（Cache）到内存（Memory），再到外部存储（External Storage）。多层次存储系统的设计目的是为了平衡速度、容量和成本之间的关系，实现高效的数据存储和访问。
1.1 多层次存储系统包括寄存器、Cache和内存，但不包括外存，因为外存通常指的是硬盘、光盘等慢速大容量存储，不在高速访问的层次上。
1.2 在同一时期，存储器层次中速度最快的是Cache，因为它是距离CPU最近的存储，设计用于快速存取常用数据。
1.3 同一时期容量最大的是外存，如硬盘，它可以提供远超内存和Cache的存储空间。
1.4 多级存储体系存在的最主要意义是为了实现“速度接近Cache，容量接近外存”的效果，即在保持较高访问速度的同时提供大量存储空间。
1.5 Cache/主存系统的管理通常由纯硬件实现，而主存/辅存系统的管理则多由软件（或带有硬件支持的软件）来完成。
2.1 存储器按存储介质分类可以分为半导体、磁表面和光表面存储器。按存取方式分，有随机存储器（如内存）、顺序存储（如磁带）和直接存储器（如硬盘）。
2.2 半导体存储器如RAM（SRAM和DRAM）是易失性的，数据会在电源断开后丢失。ROM家族包括掩膜ROM、PROM、EPROM和EEPROM以及FLASH，其中EEPROM允许按字节擦除，而FLASH按块或整体擦除。
2.3 存取时间和存取周期是衡量存储器速度的关键指标，存取周期包括存取时间和恢复时间。
3.1 SRAM常用于高速缓存和寄存器，而DRAM由于其低成本和高密度，通常用作主存。
3.2 DRAM与SRAM相比，速度较慢，但成本更低，更适合大规模存储。
3.3 DRAM需要定期刷新以保持数据，而SRAM不需要。
3.4 存储器扩展技术包括位扩展、字扩展和字位扩展，扩展设计时要考虑地址线、数据线和片选线，确保正确连接各个芯片。
5.1 Cache设计的主要原因是弥补CPU和主存速度差异，提高系统性能。
5.2 Cache和主存的映射方式包括直接映射、全相连映射和组相连映射，每种方式对数据块的处理和分组不同。
5.3 Cache的替换算法包括FIFO（先进先出）、LFU（最不经常使用）、LRU（近期最久未使用）和随机算法，LRU通常被认为是最优的，因为它考虑了数据的访问频率。
5.4 Cache的命中率受多个因素影响，包括Cache容量、块大小、替换算法和映射方式。
5.5 虚拟内存的管理方式包括页式、段式和段页式，它们都是为了在物理内存有限的情况下，通过地址映射技术实现大容量的逻辑内存。
总结来说，存储系统是一个复杂而精细的设计，涉及到多层次、多种类型的存储器、各种管理策略和扩展技术，所有这些都旨在优化数据存储和访问效率，以适应不断发展的计算需求。
