2018-2019-1 20165234《信息安全系统设计基础》第五周学习总结

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第六章 存储器层次结构

重要概念

• 存储器系统：一个具有不同容量成本和访问时间的存储设备的层次结构。
• 高速缓存存储器——主存储器中数据和指令的缓冲区域——磁盘——通过网络连接其他机器磁盘或磁带上的数据的缓冲区域
• 存储器层次结构：cpu存储器——高速缓存——主存——磁盘（访问速率依次降低）

存储技术

随机访问存储器分为
静态(SRAM) ：SRAM将每个位储存在一个双稳态的存储器单元里。
动态(DRAM)：DRAM将每个位存储为对一个电容的充电。

磁盘存储

磁盘是保存大量数据的存储设备，由盘片构成。旋转机械磁盘(HDD)和基于闪存的固态硬盘(SSD).
磁盘容量决定因素：

• 记录密度
• 磁道密度
• 面密度

磁盘容量计算：

磁盘访问时间：寻道时间、旋转时间、传送时间。

存储器层次结构

局部性

• 局部性原理：引用最近引用过的数据项。对硬件和软件系统的设计和性能有着极大的影响。
  局部性原理包括：时间局部性和空间局部性。
  随着步长的增加，空间局部性下降

  步长：让一个数值在每次运算中加上某个数（此即步长）。

• 循环体有着良好的空间局部性和时间局部性。
• 量化评价一个程序的局部性原则：

1. 重复引用同一变量的程序有着良好的时间局部性。
2. 对于具有步长为K的引用模式程序，部长越小，空间局部性越好。
3. 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。

存储器层级结构中的缓存

缓存：使用高速缓存的过程叫做缓存。

存储器层级结构的中心思想：
K层的更小更快的存储设备，作为K+1层的更大更慢的存储设备的缓存。层次结构中的每一层都缓存来自较低一层的数据对象。

缓存不命中分类：冷缓存、冲突不命中，容量不命中。

• 存储结构的本质：每一层存储设备都是较低一层的缓存。

高速缓存存储器

高速缓存通用结构：

一般而言，高速缓存的结构可以用元组(S,E,B,m)来描述高速缓存的大小（或容量）C指的是所有块 的大小的和。标记位和有效位不包括在内。因此，C=SEB。

直接映射高速缓存：每个组只有一行(E=1)的高速缓存。

高速缓存确定一个请求是否命中，然后抽取出被请求的字，分为三部：

1. 组选择
2. 行匹配
3. 字抽取

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