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存储体系结构包括不同层次上的存储器，通过适当的硬件、软件有机地组合在一起形成计算机的存储体系结构。现在大多数人都将高性能计算机的存储体系结构描述成下图所示的4层结构：CPU内部的寄存器→高速缓存（Cache）→主存储器（Main memory，MM）→辅助存储器（外存储器）。在有的资料中，CPU内部的寄存器不看作一个层次，这样存储体系结构为三层：高速缓存→主存储器→辅助存储器。有一些简单的计算机没有高速缓存，那么计算机存储体系结构为两层：主存储器→辅助存储器。
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存储器通常用的三个指标：速度、容量和每位价格。通常，位价格越高，速度越快；容量越大，位价格越低，自然速度也就越慢。
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Cache是一种特殊的存储器子系统，其中复制了频繁使用的数据以利于快速访问。当CPU访问内存中的某地址数据时，系统首先检查Cache中是否存有该地址的数据，如果有，则直接将数据返回CPU；如果没有，则进行常规的内存访问。因此，Cache与内存相比，其速度快、容量小，且单位成本高，所以当内存的访问速度低于CPU的速度时，通常使用Cache解决这一问题。Cache分为L1 Cache（一级缓存）和L2 Cache（二级缓存），目前L1 Cache主要是集成在CPU内部，而L2 Cache集成在主板上或者是CPU上。
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数据存储用来表示存储数据。通常，一个流入加工的数据流经过加工处理后就消失了，而它的某些数据（或全部数据）可能被加工成输出数据流，流向其他加工或外部实体。除此之外，在软件系统中还常常要把某些信息保存下来以供以后使用，这时可以使用数据存储。每个数据存储都有一个定义明确的名字标识。可以有数据流流入数据存储，表示数据的写入操作；也可以有数据流从数据存储流出，表示数据的读操作；还可以用双向箭头的数据流指向数据存储，表示对数据的修改。
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