20135205信息安全系统设计基础第七周学习总结

第六周 存储器层次结构

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第一节 存储技术

1、三种常见存储技术

1）RAM

静态RAM：SRAM将每个位存储在一个双稳态的存储单元里。

每个单元是用一个六晶体管电路实现的这个电路有这样一个属性，可以无限期地保持在两个不同的电压配置或状态之一。

动态RAM：DRAM将每个位存储为对一个电容的充电。

每个单元由一个电容和一个访问晶体管组成。

与SRAM不同，DRAM存储器单元对于干扰非常敏感。

SRAM与DRAM

只要有供电SRAM就会保持不变。

与DRAM不同，它不需要刷新。

SRAM的存取比DRAM快。

SRAM和DRAM，如果断电就会丢失他们的信息。

2）磁盘

磁盘结构：盘片、磁道、扇区、间隙、柱面

磁盘由盘片构成，每个盘片有两面或者称为表面。每个表面由一组称为磁道的同心圆组成的。每个磁道被划分为一组扇片。扇片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片的格式化位。

磁盘容量：记录密度：磁道一英寸的段中可以放入的位数

　　　　　磁道密度：从盘片中心出发半径上一英寸的段内可以有的磁道数

　　　　　面密度：记录密度与磁道密度的乘积

磁盘容量=字节数/扇区X平均扇区数/磁道X磁道数/表面X表面数/盘片X盘片数/磁盘

磁盘操作：读/写头来读写存储在磁性表面的位，而读写头连接到一个传动臂一端

寻道时间：为了读取某个目标扇区的内容，传动臂首先将读写头定位到包好目标扇区的磁道上。移动传动臂所需的时间称为寻道时间

旋转时间：一旦读写头定位到了期望的磁道，驱动器等待目标扇区的第一个位旋转到读写头下。

传送时间：当目标扇区的第一个读写位位于读写头下时，驱动器就可以开始读或者写该扇区的内容了。

逻辑磁盘块：为了对操作系统隐藏记录区的复杂性，现代磁盘将他们的构造呈现为一个简单的视图，一个B个扇区大小的逻辑块的序列，编号为0、1、......、B-1。

磁盘中有一个小的硬件/固件设备，称为磁盘控制器，维护着逻辑块号和实际（物理）磁盘扇区之间的映射关系。

第二节 局部性

1）局部性原理：一个编写良好的计算机程序常常具有良好的局部性。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。这种倾向性被称为局部性原理。

2）局部性不同形式

时间局部性：如果被访问过的存储器地址在较短时间内被再次访问，则程序具有良好的时间局部性。在一定的时间内，重复访问同一个地址的次数越多，时间局部性越好。换句话说，对同一个地址的两次访问间隔时间越短，时间局部性越好。

空间局部性：如果程序访问某个存储器地址后，又在较短时间内访问临近的存储器地址，则程序具有良好的空间局部性。两次访问的地址越接近，空间局部性越好。

3）取指令的局部性

因为程序指令是存放在存储器中，CPU必须取出这些指令，所以我们也能够评价一个程序关于取指令的局部性

对于取指令：循环有好的时间和空间局部性。循环体越小，循环迭代次数越多局部性越好。

存储器山：储器山是一种综合研究存储器层次结构的工具。它反映了存储器层次结构中不同层次的带宽。也反映了具有不同的时间局部性与空间局部性的程序的性能。通过分析存储器山的数据，还可以看出存储器系统的部分硬件参数。

为了说明存储器山的测试程序的原理，首先简要介绍局部性和存储器层次结构这两个重要概念，然后介绍存储器山的定义和测试程序的原理模型。

第三节 存储器层次结构

存储技术：不同存储技术的访问时间差异很大。速度较快的技术每字节的成本要比速度较慢的技术高，容量小。CPU和主存之间的差距较大。

硬件与软件的基本属性相互补充得很完美。他们这种互相补充得性质使人想到一种组织存储器系统额方法，称为存储器层次结构。

L0：寄存器

L1：高速缓存（SRAM）

L2：高速缓存

L3：高速缓存

L4：主存（DRAM）

L5：本地2级存储(本地磁盘)

L6：远程2级存储（分布式文件系统，Web服务器）

参考资料：

《深入理解计算机系统》

百度百科