信息安全系统设计基础学习总结

学习时间：8小时

学习内容：课本第六章

学习重点：理解局部性原理和缓存思想

【课本知识梳理】

一、存储技术

1.三种常见的存储技术

• RAM【随机访问存储器】-分为静态和动态
• ROM【只读存储器】-以能够被重编程次数和被重编程所用机制区分
• 磁盘-保存大量数据的存储设备

2.RAM【随机访问存储器】

　　　SRAM【静态】

• 特点　　将每个位存在一个双稳态的存储单元里，每个单元用一个六晶体管电路实现
• 应用　　高速缓存存储器　　　

　　　DRAM【动态】

• 特点     将每个位存储为对一个电容的充电
• 应用     主存，帧缓冲区

3.ROM【只读存储器】

• PROM　　只能被编程一次
• EPROM    被擦出和重编程的次数的数量级可以达到1000次
• EEPROM   可以直接印制在电路卡上编程
• FLASH    闪存，非易失性存储器，常用于数码相机、音乐播放器、手机

4.访问主存

（1）总线（P389）

　　总线是一组并行的导线，能携带地址、数据和控制信号。

　　总线分类

• 系统总线——连接CPU和I/O桥
• 存储器总线——连接I/O桥和主存
• I/O总线（具体见6.1.2.4）

　 　I/O桥将系统总线的电子信号翻译成存储器总线的电子信号，也将系统总线和存储器总线连接到I/O总线。

（2）数据总线、控制总线、地址总线
       系统总线、存储总线、I/O总线（p395图）

5.磁盘

(1)磁盘构造

• 盘片
• 表面【每个盘片有两个表面】
• 主轴【盘片中央，可旋转】
• 旋转速率【通常5400~15000/min】
• 磁道【同心圆们】
• 扇区【每个磁道被划分为一组扇区】
• 数据位【每个扇区包含相等数量的~，通常为512字节】
• 间隙【存储用来标识扇区的格式化位】
• 磁盘驱动器【磁盘-旋转磁盘】
• 柱面【所有盘片表面上到主轴中心的距离相等的磁道的集合】

（2）磁盘容量

　　a.一个磁盘上可以记录的最大位数称为它的【最大容量】，磁盘容量由以下技术因素决定：

• 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

　b.磁盘以扇区大小读写数据，对扇区访问时间有三个主要部分：

• 寻道时间
• 旋转时间
• 传送时间

（3）逻辑磁盘块：内存可以看成字节数组、磁盘可以看成块数组

二、局部性

• 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或其本身；这种倾向性，被称为局部性原理

　　　　包括：时间局部性，空间局部性。有良好局部性的程序比局部性差的程序运行的更快

• 体现：在硬件层，局部性原理允许计算机设计者通过引入称为高速缓存器的小而快的存储器来保存最近被引用的指令和数据项；在操作系统级，局部性原理允许系统使用主存作为虚拟地址空间最近被使用的磁盘块

• 重复引用一个变量的程序具有良好的时间局部性；对于取指令来说，循环具有良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

三、存储器层次结构

• 中心思想：每层存储设备都是下一层的“缓存”

　　　　　　　　　　　　　　（来自百度图片）

• 高速缓存：是一个小而快速的存储设备，它作为存储在更大、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称为缓存

四、高速缓存存储器

1.高速缓存存储结构

• 高速缓存组、高速缓存行、块【高速缓存的大小：C=S*E*B】

2.直接映射高速缓存

• 组选择
• 行匹配
• 字抽取

3.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。

【参考资料】

1.《深入理解计算机系统》

2.百度图片：存储器结构层次

3.博客《深入理解计算机系统笔记》地址：http://www.cnblogs.com/mydomain/archive/2011/06/13/2079526.html