2017-2018-1 20155224 《信息安全系统设计基础》第九周学习总结

教材学习内容总结

存储器

• 随机访问存储器（RAM）：

  • 静态RAM：用来作为高速缓存存储器，每个位存储在一个双稳态的存储器单元里。双稳态：电路可以无限期的保持在两个不同的电压配置或者状态之一。只要供电，就会保持不变。

  • 动态RAM：用来作为主存以及图形系统的帧缓冲区。将每个位存储为对一个电容的充电，当电容的电压被扰乱之后，他就永远都不会再恢复了。暴露在光线下会导致电容电压改变。优势是密集度低，成本低。
  • 传统的DRAM：DRAM芯片中的单元（位）被分成了d个超单元，每个超单元都由w个DRAM单元组成， 一个d*w的DRAM共存储dw位信息。超单元被组织成一个r行c列的长方形阵列，rc=d。每个超单元的地址用（i，j）来表示（从零开始）。设计成二维矩阵是为了降低芯片上地址引脚的数量。息通过称为引脚的外部连接器流入/流出芯片，每个引脚携带一个1位信号。DRAM芯片包装在存储器模块中，它是插到主版的扩展槽上的。
  • 内存模块：DRAM芯片封装在内存模块中，它插到主板的扩展槽上。通过将多个内存模块连接到内存控制器，能够聚合成主存。
  • 增强的DRAM：

1. 快页模式DRAM（FPM DRAM）：许对同一行连续的访问可以直接从行缓冲区得到服务。

2. 扩展数据输出DRAM（EDO DRAM）：允许单独的CAS信号在时间上靠的更紧密一点。

3. 同步DRAM（SDRAM）：用驱动存储控制器相同的外部时钟信号的上升沿来替代许多的异步信号，比异步的更快。

4. 双倍数据速率同步DRAM（DDR DRAM）：通过使用两个时钟沿作为控制信号，使得DRAM的速度翻倍。

5. 视频RAM（VRAM）：用在图形系统的缓冲中。输出通过以此对内部缓冲区的整个内容进行移位得到的；允许对内存并行地读和写。

   • 非易失性存储器：如果断电，DRAM和SRAM都会丢失信息。非易失型存储器：即使在关电后，也仍然保存着它们的信息；称为ROM。
6. PROM：只能被编程一次。
7. 可擦写可编程ROM（EPROM）：紫外线光照射过窗口，EPROM就被清除为0，被擦除和重编程的次数为1000次。
8. 电子可擦除ROM（EEPROM）：不需要一个物理上独立的编程设备，因此可以直接在印制电路卡上编程，能够编程的次数为10^3。

9. 闪存：基于EEPROM，为大量的电子设备提供快速而持久的非易失性存储。当一个计算机系统通电之后，它会运行存储在ROM中的固件。

   • 访问主存：总线是一组并行的导线，能携带地址、数据和控制信号。数据流通过总线在处理器和DRAM主存之间来回。控制线携带的信号会同步事务，并标识出当前正在被执行的事务的类型。CPU和主存之间的数据传送是通过一系列步骤来完成的，称为总线事务。I/O桥、芯片组、主存：前两者之间通过系统总线连接；后两者通过存储器主线连接。在读写事务中，均是分三步完成。
     

• 磁盘存储

  • 磁盘构造：磁盘由盘片构成，表面覆盖着磁性记录材料，中央有一个可以旋转的主轴 ，旋转速率大约为5400-15000每分钟。磁盘的每个表面是一组称为磁道的同心圆组成，每个磁道被划分为一组扇区，扇区之间由一些间隙隔开，间隙存储用来标识扇区的格式化位。磁盘是保存大量数据的存储设备；但读取速度慢。柱面：所有盘片表面到主轴中心距离相等的磁道的集合。
    

  • 磁盘容量：一个磁盘上可以记录的最大位数称为最大容量，即容量。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。
  • 磁盘操作：磁盘用读/写头来读写存储在磁性表面的位，读写头连接到传动臂，前后移动传动臂可以到达任何磁道，定位到了期望的道，磁道旋转每个位通过时就可读写该位。多个盘片针对每一个都有独立的读写头，且位于同一柱面上。对扇区的访问主要有三个部分：寻道时间：依赖于读/写头以前的位置和传动臂在盘面上移动的速度。旋转时间：驱动器等待目标扇区的第一个位旋转到读/写头下，依赖于盘面位置和旋转速度。最大旋转延迟。传送时间：依赖于旋转速度和每条磁道的扇区数目，平均传送时间。访问一个磁盘扇区内容的平均时间为平均寻道时间，平均旋转延迟和平均传送时间之和。
  • 逻辑磁盘块：的是为了向操作系统隐蔽磁盘的结构复杂性。磁盘将其呈现为一个有B个扇区的逻辑块的序列；磁盘中有一个固件设备——磁盘控制器，维护者逻辑酷爱号和实际磁盘扇区之间的映射关系。操作系统是以逻辑块号为单位进行寻址操作的。
  • 连接到I/O设备：输入输出设备都是通过I/O总线连接到CPU和主存的。与系统总线和存储器总线不同，它可以设计成与CPU无关的。通用串行总线：一个广泛的使用标准，用于连接各种外围I/O设备。图形卡（或适配器）包含硬件和软件逻辑，代表CPU在显示器上画像素。主机总线适配器将一个或多个磁盘连接到I/O总线，使用特别的主机总线接口定义的通信协议。其他设备，如网络适配器，插入到主板上空的扩展槽，从而连接到I/O总线。
    － 访问磁盘：CPU使用一种称为存储器映射I/O的技术来向I/O设备发出命令的。在使用其的系统中，地址空间中，有一块地址是为与I/O设备通信保留的；叫做I/O端口。
• 固态硬盘：

固态硬盘是一种基于闪存的存储技术。一个硬盘包由一个或者多个闪存芯片和内存翻译层组成，闪存芯片替代旋转磁盘中的机械驱动器，而闪存翻译层将对逻辑块的请求翻译成对底层物理设备的访问。

SSD优点：随机访问时间比旋转磁盘更快，能耗更低，更结实。SSD缺点：容易磨损，较贵，容量通常只是旋转磁盘的1%。

局部性

• 对程序数据引用的局限性
• 取指令的局限性

存储器层次结构

• 存储器层次结构中的缓存
  • 缓存命中：当程序需要第k+1层的某个数据对象d时，首先在当前存储的第k层的一个块中查找d，如果d刚好在第k层中，则称为缓存命中。
  • 缓存不命中：如果k层中没有缓存数据d，则称为缓存不命中，此时要从k+1层取出包含d的块，可能会覆盖（替换/驱逐）现在的一个块（牺牲块）。决定该替换哪个快是缓存的替换策略来控制的。
  • 缓存不命中的种类：强制性不命中/冷不命中：第k层的缓存为空（称为冷缓存），任何访问都会不命中。冲突不命中：放置策略为将第k+1层的块限制放置在第k层块的一个小的子集中。容量不命中：每个阶段访问缓存块的某个相对稳定不变的集合，称为这个阶段的工作集。
  • 缓存管理：指某个东西要将缓存划分成块，在不同层之间传递块，判定是命中还是不命中，并处理他们。

• 高速缓存存储器结构
  

  • 通用的高速缓存存储器结构
  • 直接映射高速缓存

1. 直接映射高速缓存中的组选择
2. ……的行匹配
3. ……的字选择
4. ……不命中时的行替换
5. 综合：运行中的直接映射高速缓存

代码托管

（statistics.sh脚本的运行结果截图）

上周考试错题总结

• Linux信号处理说法正确的是（）
  A .
  可以用signal()处理信号
  B .
  一个信号最多只能被接收一次
  C .
  kill(1)用来杀死进程
  D .
  kill(1)用来发送信号
  E .
  可以通过键盘发送信号
  F .
  可以用sigaction()处理信号
  正确答案： A B D E F 你的答案： B D E F

• 有关exec系列函数，下面说法正确的是（）
  A .
  可以用char[][] 来传递argv
  B .
  进程调用了exec系列函数后，pid会变
  C .
  进程调用了exec系列函数后，代码会改变。
  D .
  system（）和exec系列等价。
  E .
  exec系列函数中带e的要传入环境变量参数
  F .
  exec系列函数中带v的要传入环境变量参数
  正确答案： C E 你的答案： A C E

• 关于代码 int main(){} 说法正确的是（）
  A .
  返回值是0
  B .
  返回值不确定
  C .
  会调用exit(0)
  D .
  返回值大于0
  E .
  上面代码运行完，在命令行中运行echo $? 的值是0
  正确答案： A C E 你的答案： A E

• Unix/Linux中通过调用（ ）可以获取子进程PID。
  A .
  getpid()
  B .
  getppid()
  C .
  getcpid()
  D .
  fork()
  正确答案： D 你的答案： A

• 有关异常，下面说法正确的是（）
  A .
  系统中的异常由异常名唯一确定
  B .
  异常表中存放的是异常处理程序
  C .
  异常表的起始地址存放在异常表基址寄存器中
  D .
  异常处理程序运行在内核模式下
  正确答案： C D 你的答案： A C D

• 进程上下文包括程序的（ ）
  A .
  代码和数据
  B .
  栈
  C .
  通用寄存器中的内容
  D .
  程序计数器
  E .
  环境变量
  F .
  打开的文件描述符的集合
  正确答案： A B C D E F 你的答案： B C D F

• Linux中，信号（Signal）是一种（）异常控制流。
  A .
  硬件层
  B .
  操作系统层
  C .
  用户层
  D .
  网络层
  正确答案： C 你的答案： B

结对及互评

点评模板：

• 博客中值得学习的或问题：
  • xxx
  • xxx
  • ...
• 代码中值得学习的或问题：
  • xxx
  • xxx
  • ...
• 其他

本周结对学习情况

- [20155219](http://www.cnblogs.com/paypay/)
- 结对照片

- 结对学习内容- 第六章内容

其他（感悟、思考等，可选）

本周介绍许多硬件方面的内容，比较有趣，同时让我更深入理解了计算机工作原理。

尝试一下记录「计划学习时间」和「实际学习时间」，到期末看看能不能改进自己的计划能力。这个工作学习中很重要，也很有用。
耗时估计的公式
：Y=X+X/N ，Y=X-X/N，训练次数多了，X、Y就接近了。

参考：软件工程软件的估计为什么这么难，软件工程 估计方法

• 计划学习时间:XX小时

• 实际学习时间:XX小时

• 改进情况：

(有空多看看现代软件工程 课件
软件工程师能力自我评价表)

参考资料

• 《深入理解计算机系统V3》学习指导
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