20145330 第7周《信息安全系统设计基础》

了解存储设备的类型和特点；重点理解局部性原理和缓存思想在存储层次结构中的应用

教材学习内容总结

6.1存储技术

• 随机访问存储器（RAM）
  • 1.静态RAM（SRAM）
    • 每位晶体管数：6
    • 相对访问时间短，存取快
    • 双稳态特性，持续
    • 对诸如光和电噪声这样的干扰不敏感
    • 相对花费高
    • 应用：高速缓存存储器
  • 2.动态RAM（DRAM）
    • 每位晶体管数：1
    • 相对访问时间长
    • 不持续，需要不断刷新
    • 对干扰非常敏感
    • 应用：主存，帧缓冲区
  • 3.传统的DRAM
    • DRAM芯片中的单元被分成d个超单元，每个超单元由w个DRAM单元组成
    • 每个DRAM芯片被连接到某个称为存储控制器的电路
      • 行地址i(RAS)
      • 列地址j(CAS)
      • RAS CAS共享相同的DRAM地址引脚
  • 4.存储器模块
    • DRAM芯片包装在存储器模块中
  • 5.增强的DRAM
    • FPM DRAM：允许对同一行连续的访问可以直接从行缓冲区得到服务
    • EDO DRAM：扩展数据输出DRAM
    • SD DRAM：同步DRAM
    • DDR DRAM：双倍数据速率同步DRAM
    • VRAM：视频RAM
  • 6.非易失性存储器（POM是以他们能够被重编程的次数和机制来区分的）
    • PROM（可编程ROM）
      • 只能被编程一次
    • EPROM（可擦写可编程ROM）
      • 可以达到1000次
    • EEPROM（电子可擦除PROM）
      • 可以达到10^5次
    • FLASH（闪存）：
      • 一类非易失性存储器
      • 一种重要的存储技术
    • 固件：存储在ROM设备中的程序
• 磁盘存储
  • 磁盘构造
    • 磁盘是由一个或多个叠放在一起的盘片组成
    • 磁盘结构：盘片、磁道、扇区、间隙、柱面；磁盘驱动器
  • 磁盘容量
    • 记录密度
    • 磁道密度
    • 面密度
    • 磁盘容量=字节数 * 平均扇区数 * 磁道数 * 表面数* 盘片数
      • 习题6.2
  • 磁盘操作
    • 寻道时间（Tseek）：移动传动臂到目标扇区所需的时间
      • 通常3-9ms
    • 旋转时间（Trotation）：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（Ttransfer)：驱动器开始读写该扇区内容的时间
      • 传送时间依赖于：旋转速度和每条磁道的扇区数目
    • 习题6.3
  • 逻辑磁盘块
    • 读取一个磁盘扇区的数据到主存-发送命令到磁盘控制器-读取某个逻辑块号
    • 内存可以看成字节数组、磁盘可以看成块数组
    • 习题6.4
  • 总线
    • 总线连接了CPU、主存和I/O设备
    • 第三方I/O设备
      • USB
      • 适配器
      • 主机总线适配器
  • 访问磁盘
    • CPU通过将命令、逻辑块号和目的存储器地址写到与磁盘相关联的存储器映射地址，发起一个磁盘读
    • 磁盘控制器读扇区，并执行到主存的DMA传送
      • DMA（直接存储器访问）：设备可以自己执行读或者写总线事务，而不需要CPU干涉的过程。

    • 当DMA传送完成时，磁盘控制器用中断的方式通知CPU

      6.2局部性

• 时间局部性
  • 被引用过一次的存储器位置很可能在不远的将来再多次被引用
• 空间局部性
  • 程序在不远的将来引用附近一个存储器位
• 重复引用同一个变量的程序有良好的时间局部性
• 步长越小，空间局部性越好
  • 步长为1最好

• 习题6.8 6.9

  6.3 存储器层次结构

• 存储器层次结构：
  • 从高层往底层走，存储设备变得更慢、更便宜和更大
  • 最高层：少量快速的CPU寄存器
  • 接下来：小型到中型的基于SRAM的高速缓存存储器
  • 打的基于DRAM的主存
  • 慢速但是容量很大的本地磁盘
  • 最后一层：附加的远程服务器上的磁盘
• 高速缓存：小而快速的存储设备，作为存储在更大更慢的设备中的数据对象的缓冲区域。
• 缓存：使用高速缓存的过程
• 缓存命中/缓存不命中

• 中心思想：每层设备都是下一层的缓存

  6.4 高速缓存存储器

• 通用的高速缓存存储器结构
  • 将m个地址位划分成了t个标记位、s个组索引位和b个块偏移位
  • 结构描述（S,E,B,m）
  • 习题6.10
• 直接映射高速缓存
  • E（高速缓存行数）=1
  • 高速缓存确定请求是否命中过程：
    • 1.组选择
    • 2.行匹配
    • 3.字抽取
  • 习题：6.11 6.12
• 组相关高速缓存
  • 1<E<C/B
• 全相联高速缓存
  • E=C/B
• 习题6.13
• 有关写的问题
  • 直写：立即将w的高速缓存块写回到紧接着的第一层中
  • 写回：只有当替换算法要驱逐更新过的块时，才能把它写到紧接着的第一层中
  • 写分配：加载相应的第一层中的块到高速缓存中，然后更新这个高速缓存

  • 非写分配：避开高速缓存，直接把这个字写到第一层中

    代码调试中的问题和解决过程

• 通过过学习王嘉澜同学的博客将代码管理并上传
  

教材学习中的问题和解决过程

• 6.4
  • 问题：通过表格给的参数如何看出文件由2000个512字节的逻辑块组成
  • 解决方法：
• 6.8
  • 问题：如何改变使得以步长为1的引用模式扫描三维数组a
  • 解决方法：步长为1时空间局部性最好，必须改变循环次数。
    • 由sum+=a[k][i][j]得，循环由里到外为kij
• 6.9
  • 问题：对三个函数就空间局部性进行排序
  • 解决方法：同理习题6.8，解决问题的关键在于想象出数组是如何在存储器中排列的，然后分析引用模式。
    • 通过给的数组结构发现1函数以步长为1的引用模式访问数组，明显具有最好空间局部性
    • 函数2一次扫N个结构中每一个，但在每个结构中不以步长为1
    • 函数3不仅在每个结构中跳来跳去，还从结构跳到结构
• 6.10
  • 问题：已知m,C,B,E，计算S，t,s,b
  • 解决方法：通过表格中给出参数信息与之前的公式进行带值运算
    • S=C/(B*E)
    • s=log2(S)
    • b=log2(B)
    • t=m-(s+b)

本周代码托管

• 托管链接：https://git.oschina.net/20145330swx/Linux

  感悟与思考

• 这周有很多概念要去理解与记忆，熟能生巧，多进行练习慢慢就能比之前理解得更深刻。

  学习进度条