CSAPP学习笔记 -- 第六章 存储器层次结构（上）

存储器系统是一个具有不同容量，成本和访问时间的存储器的层次结构。

局部性原理

 

6.1 存储技术

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6.1.1 随机访问存储器

随机访问存储器RAM分为两类

• 静态SRAM
• 每个位存储在一个双稳态的存储器单元
• 
• 动态DRAM
• 每个位存储为对一个电容的充电
• 对干扰敏感且不恢复
• 
• 传统的DRAM
• 每个DRAM芯片连接到一个内存控制器的电路，通过RAS和CAS的超地址(i, j)请求读取内容
• 内存模块
• DRAM芯片封装在内存模块中，插到主办的扩展槽上。
• 传统DRAM的组合模型
• 增强的DRAM
• 快页模式DRAM
• 扩展数据输出DRAM
• 同步DRAM
• 双倍速率DRAM
• 视频DRAM
• 非易失性存储器
• DRAM和SRAM是断电易失的，但是ROM不会
• 可擦写可编程ROM
• 电子可擦除ROM
• 闪存
• 固态硬盘
• 访问主存
• 总线
• 读事务、写事务
• 

 

6.1.2 磁盘存储

• 磁盘构造
• 
• 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：记录密度和磁道密度的乘积
• 
• 磁盘操作
• 读/写头、传动臂、寻道
• 
• 寻道时间
• 旋转时间
• 传送时间
• 访问时间的计算参考例
• 
• 逻辑磁盘块
• 三元组（盘面，磁道，扇区）
• 连接I/O设备
• 通用串行总线（USB）控制器
• 图形卡
• 主机总线适配器
• 访问磁盘
• 内存映射I/O、直接内存访问DMA
• 

 

6.1.3 固态硬盘

略过

 

6.1.4 存储技术趋势

关于存储技术的讨论

• 不同的存储技术有不同的价格和性能折中
• 不同存储技术的价格和性能属性以截然不同的速率变化着

 

 

6.2 局部性

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局部性原理：计算机程序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。

• 分为时间局部性和空间局部性
• 一般而言，有良好局部性的程序比局部性差的程序运行的更快
• 因此引用了高速缓存寄存器

 

6.2.1 对程序数据引用的局部性

步长为k的引用模式，步长越长，空间局部性下降。

 

6.2.2 取指令的局部性

指令按照连续的内存顺序执行，因此具有良好的空间局部性

循环体执行多次，因此具有良好的时间局部性

 

6.2.3 局部性小结

• 重复引用相同变量的程序具有良好的时间局部性
• 步长为k的引用模式，步长越长，空间局部性下降。
• 对于取指令来说，循环体具有好的时间和空间局部性

 

 

6.3 存储器层次结构

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6.3.1 存储器层次结构中的缓存

层次结构中的每一层都缓存来自较低一层的数据对象

• 缓存命中
• 缓存不命中
• 替换策略
• 缓存不命中类型
• 强制性不命中/冷不命中
• 冲突不命中
• 容量不命中
• 缓存管理

 

6.3.2 存储器层次结构概念小结

基于缓存的存储器层次结构行之有效，是因为有较慢的存储设备比较快的存储设备要便宜，还因为程序倾向于展示局部性。