存储器的层次结构：

存储器的多层结构：

存储器至少分为三级：CPU寄存器，主存和辅存。

但是一般分为6层为寄存器，高速缓存，主存储器，磁盘缓存，固定磁盘，可移动存储介质。

这几个部分是速度依次减小但是存储容量是依次增大的。

 只有固定磁盘和可移动存储介质存储的信息将被长期保存，不会随着断电而将存储的信息消失。而寄存器，高速缓存，主存和磁盘缓存掉电后他们的信息将不会被保存。寄存器和高速缓存又被称为可执行存储器。

主存储器与寄存器

1. 主存储器。
   主存储器简称内存或主存。由于主存储器的访问速度远低于 CPU 执行指令的速度，为缓和这一矛盾，在计算机系统中引入了寄存器和高速缓存。
2. 寄存器。
   寄存器具有与处理机相同的速度。速度很快但是价格昂贵所以容量很少。主要用于存放处理机运行时的数据。如用寄存器存放操作数，或用作地址寄存器加快地址转换速度等

高速缓存和磁盘缓存

1.高速缓存

高速缓存是介于寄存器和存储器之间的存储器，主要用于备份主存中较常用的数据。其容量远大于寄存器，而比内存约小两到三个数量级左右。
根据程序执行的局部性原理(即程序在执行时将呈现出局部性规律，在一较短的时间内，程序的执行仅局限于某个部分)，将主存中一些经常访问的信息存放在高速缓存中。当 CPU 访问一组特定信息时，首先检查它是否在高速缓存中，在则直接取出使用，否则再从主存中读取。

2.磁盘缓存

由于目前磁盘的 I/O 速度远低于对主存的访问速度，为了缓和两者之间在速度上不匹配的矛盾。因此将频繁使用的一部分磁盘数据和信息，暂时存放在磁盘缓存中，可减少访问磁盘的次数。但磁盘缓存与高速缓存不同，它本身并不是一种实际存在的存储介质，而是利用主存中的部分存储空间暂存从磁盘中读出(或写入)的信息。

程序的装入和链接：

用户程序要在系统中运行，必须先将它装入内存，然后再将其转变为一个可以执行的程序，通常都要经过以下几个步骤：
1）编译，由编译程序将用户源代码编译成若干个目标模块。
2）链接，由链接程序将编译后形成的一组目标模块，以及它们所需要的库函数链接在一起，形成一个完整的装入模块。
3）装入，由装入程序将装入模块装入内存。

程序的装入：

1.绝对装入方式：

仅能运行单道程序时可以采用该种方式。装入模块被装入内存后，程序中的逻辑地址与实际内存地址完全相同。

2.可重定位装入方式

采用可重定位装入方式，根据内存的当前情况，将装入模块装入到内存的适当位置。值得注意的是，在采用可重定位装入程序将装入模块装入内存后，会使装入模块中的所有逻辑地址与实际装入内存的物理地址不同。通常是把在装入时对目标程序中指令和数据地址的修改过程称为重定位。又因为地址变换通常是在装入时一次完成的，以后不再改变，故称为静态重定位。

3.动态运行时的装入方式

动态运行时的装入程序在把装入模块装入内存后，并不立即把装入模块中的相对地址转换为绝对地址，而是把这种地址转换推迟到程序真正要执行时才进行。因此，装入内存后的所有地址都仍是相对地址。为使地址转换不影响指令的执行速度，这种方式需要一个重定位寄存器的支持。

程序的链接：

1.静态链接

在程序运行之前，先将各目标模块及它们所需的库函数，链接成一个完整的装配模块，以后不再拆开。在将这几个目标模块装配成一个装入模块时，须解决以下两个问题：
1）对相对地址进行修改。这是因为在由编译程序所产生的所有目标模块中，使用的都是相对地址，其起始地址都为 0，每个模块中的地址都是相对于起始地址计算的。
2）变换外部调用符号。将每个模块中所用的外部调用符号也都变换为相对地址。
这种先进行链接所形成的一个完整的装入模块，又称为可执行文件。

2.装入时动态链接

指用户源程序经编译后所得的目标模块，在装入内存时采用边装入边链接的链接方式。这样便于装入前修改和更新，以及实现对目标模块的共享。

3.运行时动态链接

将对某些模块的链接推迟到程序执行时才进行链接，亦即，在执行过程中，当发现一个被调用模块尚未装入内存时，立即由 OS 去找到该模块并将之装入内存，把它链接到调用者模块上。凡在执行过程中未被用到的目标模块，都不会被调入内存和被链接到装入模块上，这样不仅可加快程序的装入过程，而且可节省大量的内存空间。