信息安全系统设计基础第七周学习总结

第六章 存储器层次结构

6.1 存储技术

了解三种常见存储技术：RAM/ROM/磁盘；
RAM有SRAM和DRAM，特点和应用；

随机访问存储器(RAM)分为两类:静态的和动态的.静态RAM(SRAM)比动态RAM(DRAM)更快,但也更贵.SRAM用来作为高速缓存存储器,既可以在CPU芯片上,也可以在片下.DRAM用来作为主存以及图形系统的帧缓冲区.典型的,一个桌面系统的SRAM不会超过几兆字节,但是DRAM却有几百或几千兆字节

(1)SRAM:SRAM将每个位存储在一个双稳态的存储器单元里,他可以无限期的保存在两个不同的电压配置或状态之一.其他任何状态都是不稳定的,从不稳定状态开始,电路会迅速的装移到两个稳定状态中的一个,类似于钟摆.原则上,钟摆也能在垂直的位置无限期的保持平衡,但这个状态是亚稳态的

由于SRAM存储器单元的双稳态特性,只要有电,它就会永远的保持它的值.例如电子噪音

(2)DRAM

DRAM将每个位存储为对一个电容的充电.这个电容非常小.DRAM因此可以制造的非常密集,每个单元由一个电容和一个访问晶体管组成.但与SRAM不同,DRAM存储器单元对干扰非常敏感.数码照像机和摄像机中的传感器本质上就是DRAM单元的阵列

ROM有PROM，EPROM，E2PROM，FLASH；

如果断电,DRAM和SRAM会丢失他们的信息,从这个意义上说,他们是易失的.另一方面,非易失性存储器即使是在关电后,也仍然保存着他们的信息

虽然ROM中有的类型既可以读也可以写,但是他们整体上都称为只读存储器(ROM).ROM是以他们能够被重编程（写）的次数和对他们进行重编程所用的机制来区分的

(1)PROM（可编程ROM）只能被编程一次

(2)ERROM（可擦写可编程ROM）

(3)EERROM（电子可擦除PROM）：闪存是一类非易失性存储器，基于EERROM，是一种重要的存储技术

磁盘是重点，涉及到后面的i/o和文件系统，做好相关练习
磁盘结构：盘片、磁道、扇区、间隙、柱面；磁盘驱动器

磁盘是由盘片组成的。每个盘片有两面或称为表面，表面覆盖着磁性记录材料。盘片中央有一个可以旋转的主轴，它使得盘片以固定的旋转速率旋转

下图展示了一个典型的磁盘表面的结构。每个表面是由一组称为磁道的同心圆组成的。每个被划分为一组扇区。每个扇区包含相等数量的数据位（通常512字节），这些数据编码在扇区上的磁性材料中。扇区之间由一些间隙分隔开，这些间隙中不存储数据位。间隙存储用来标识扇区的格式化拉

磁盘是由一个或多个叠放在一起的盘片组成的，他们被封装在一个密闭的包装里。整个装置通常称为磁盘驱动器，简称磁盘或旋转磁盘以使之区别于闪存的固态硬盘（SSD），SSD是没有移动的部分的
磁盘容量

一个磁盘上可以记录的最大位数称为它的最大容量，简称容量

磁盘容量是由以下技术因素决定的

 

• 记录密度
• 磁道密度
• 面密度

下面公式给出了一个磁盘的容量

访问时间：寻道、旋转、传送

通过沿着半径轴前后移动传动臂，驱动器可以将读写头定位在盘面上的任何磁道上，这样的机械运动称为寻道

任何时刻，所有的读写头都位于同一个柱面上

磁盘以扇区大小的块来读写数据，对扇区的访问时间有三个主要的部分：

• 寻道时间
• 旋转时间：最大旋转延迟是平均旋转延迟是他的一半

传送时间

逻辑磁盘块：这个很重要，内存可以看成字节数组、磁盘可以看成块数组
总线

I/O总线比系统总线和存储器总线慢，但是它可以容纳种类繁多的第三方I/O设备

• 通用串行总线
• 图形卡（或适配器）
• 主机总线适配器

CPU使用一种称为存储器映射I/O的技术来向I/O设备发出命令

数据总线、控制总线、地址总线
系统总线、存储总线、I/O总线：p395图要理解

读写事务：P389图要能理解

6.2 局部性

局部性原理：时间局部性、空间局部性，有能力者理解一下p429最后一段“存储器山”

一个编写良好的计算机程序常常具有良好的局部性，也就是说，他们倾向于引用邻近于其他最近引用过的数据项的数据项，或者最近引用过的数据项本身。这种倾向性，称为局部性原理，是一个持久的概念

(1)时间局部性：在一个具有良好时间局部性的程序中，被引用过一次的存储器位置很可能在不远的将来再被多次引用

(2)空间局部性：在一个具有良好空间局部性的程序中，如果一个存储器位置被引用了一次，那么程序很可能在不远的将来引用附近的一个存储器位置

有良好局部性的程序比局部性差的程序运行的更快
数据引用局部性
取指令局部性

6.3 存储器层次结构

存储层次结构：系统观(1+1>2)（举一反三：对称不对称加密形成的混合加密系统，混合动力汽车...）

中心思想：每层存储设备都是下一层的“缓存”
对照p408的表理解

• 缓存命中：当程序需要第k+1层的某个数据对象d时，他首先在当前存储在第k层的一个块中查找d，如果d刚好缓存在第k层中，则缓存命中
• 缓存不命中：k层中没有缓存数据对象d
• 缓存不命中的种类：如果第k层的缓存是空的，那么对任何数据对象的访问都会不命中。一个空的缓存有时称为冷缓存，此类不命中称为强制性不命中或冷不命中

6.4 高速缓存存储器

高速缓存结构（S，E，B，m）：高速缓存组、高速缓存行、块

映射

抽取出被请求的字的过程：组选择，行匹配，字抽取
命中
缓存管理

参考地址：http://wenku.baidu.com/view/99e9496c25c52cc58bd6be9f.html?from=search###