2017-2018-1 20155323 《信息安全系统设计基础》第9周学习总结

教材学习内容总结

存储器层次结构

随机访问存储器

• 静态（SRAM）:双稳定特性、只要通电就能永远稳定，速度较快。

• 动态（DRAM）：对干扰敏感，一旦电压被干扰，永远不能恢复，并且暴露在光线下会导致电容电压改变，速度较慢。

• 读取过程：从16*8的DRAM中读取超单元（4,3），首先存储控制器发送行地址4，然后DRAM将4行的所有内容拷贝到内部行缓冲区，接着控制器再发送列地址3，DRAM将行缓冲区拷贝出超单元（4,3）中的8位并发送到存储控制器。

• 传统的DRAM:芯片中的单元位被分为d个超单元，每个超单元有w个DRAM单元组成，一个dxw的DRAM总共存储了dw位信息。

• 快业模式的DRAM: 存储控制器发送行地址的时候后面跟着三个列地址（1+3），相比原本的DRAM拷贝一次行就浪费一次要快得多。

• VRAM： 输出时通过对行内部缓冲区的整个内容行位移得到，更快，并且允许对存储器并行的读和写。

• 非易失性存储器：是用来存储路由器的启动配置文件。在路由器断电时，其内容仍能保持。

• PROM:只能被编程一次，只能高电流熔断一次。

• 可擦写可编程ROM:光擦除的可擦写和冲编程的次数达1000次，电子可擦除的可达到10^5次。

磁盘构造

• 盘片:有两面，盘片中央有可旋转的主轴，旋转速度RPM。

• 每个表面有8个磁道，没个刺刀被划分为一组扇区，扇区间的空隙存储用来标识扇区的格式化位。

磁盘容量

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

磁盘操作

• 磁盘上一个扇区读取时间=寻道时间+传送时间+平均旋转时间（总传送时间的一半）

逻辑磁盘块

• 盘面，磁道，扇区，这个三元组唯一的标识了对应的物理扇区。

• 类比：内存可以看成字节数组、磁盘可以看成块数组。

连接到I/O设备

• I/O总线连接了CPU，主存和I/O设备。

• 通用串行总线USB：2.0最大带宽60MB/S，3.0最大带宽600MB/S。

• 图形卡（适配器）

• 主机总线适配器

访问磁盘

• 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。

局部性

• 时间局部性:被引用过一次的存储器位置不久后也有可能在被多次引用。

• 空间局部性:被引用过一次的存储器位置不久后将引用附近的位置。

• 具有步长为K的引用模式的程序，K越小空间局部性越好。

• 重复引用同一个变量的程序有良好的时间局部性。

• 对于取指令来说，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。

存储器层次结构

• 缓存命中：

当程序需要第k+1层的某个数据对象d时，首先在当前存储在第k层的一个块中查找d，如果d刚好缓存在第k层中，就称为缓存命中。
该程序直接从第k层读取d，比从第k+1层中读取d更快。

• 缓存不命中:

即第k层中没有缓存数据对象d。
这时第k层缓存会从第k+1层缓存中取出包含d的那个块。如果第k层缓存已满，就可能会覆盖现存的一个块

• 缓存不命中的种类:

1.强制性不命中/冷不命中:即第k层的缓存是空的（称为冷缓存），对任何数据对象的访问都不会命中。

2.冲突不命中:由于一个放置策略：将第k+1层的某个块限制放置在第k层块的一个小的子集中，这就会导致缓存没有满，但是那个对应的块满了，就会不命中。

3.容量不命中:当工作集的大小超过缓存的大小时，缓存会经历容量不命中，就是说缓存太小了，不能处理这个工作集。

高速缓存存储器

• L1高速缓存：位于CPU寄存器文件和主存之间，访问速度2-4个时钟周期。

• L2高速缓存：位于L1高速缓存和主存之间，访问速度10个时钟周期。

• L3高速缓存：位于L2高速缓存和主存之间，访问速度30或40个时钟周期。

• 高速缓存是一个高速缓存组的数组，它的结构可以用元组（S,E,B,m）来描述：

S：这个数组中有S=2^s个高速缓存组

E：每个组包含E个高速缓存行

B：每个行是由一个B=2^b字节的数据块组成的

m：每个存储器地址有m位，形成M=2^m个不同的地址

• 除此之外还有标记位和有效位：

有效位：每个行有一个有效位，指明这个行是否包含有意义的信息

标记位：t=m-(b+s)个，唯一的标识存储在这个高速缓存行中的块

组索引位：s

块偏移位：b

高速缓存的结构将m个地址划分成了t个标记位，s个组索引位和b个块偏移位。

编写高速缓存友好的代码

• 1.基本方法

让最常见的情况运行的快

在每个循环内部缓存不命中数量最小

• 2.重要问题

对局部变量的反复引用是好的（时间局部性）

步长为1的引用模式是好的（空间局部性）

教材学习中的问题和解决过程

问题1：不理解"让最常见的情况运行得快。程序通常把大部分时间都花在少量的核心函数上，而这些函数通常把大部分时间都花在了少量循环上。所以要把注意力集中核心函数的循环上，而忽略其他部分。"是什么意思

解决：

来源：龙三对《深入理解计算机系统（原书第2版）》的笔记(10)

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结对及互评

本周结对学习情况

20155314刘子健
- 结对学习内容
第六章

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