2018-2019 20165203 《信息安全系统设计基础》第五周学习总结
教材学习内容总结
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（RAM）
- 对比：
| 名称 | 特点 | 简称 | 用处 | 容量 |
|---|---|---|---|---|
| 静态RAM | 快、贵 | SRAM | 作为高速缓存存储器，可以在cpu上，cpu下 | <=n兆字节 |
| 动态RAM | 慢、便宜 | DRAM | 作为主存以及图形系统的帧缓冲区 | 几百或几千兆字节 |
SRAM：每个位存储在双稳态的存储单元
只要有电，永远保持它的值，有干扰，干扰消除，电压会恢复到稳定值
DRAM：每个位存储为对一个电容充电
存储器非常敏感，电压被扰乱，永远不会被恢复
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传统的DRAM：电路模式
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内存模块：DARM芯片封装在内存模块中
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增强的DRAM：
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- 快页模式DRAM：允许对同一行连续地访问可以直接从行缓冲区得到服务。
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- 扩展数据输出DRAM：允许各个CAS信号在时间上靠得更紧密一点。
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- 同步DRAM：SDRAM能够比那些异步的存储器更快地输出它的超单元的内容。
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- 双倍数据速率同步DRAM：它通过使用两个时钟沿作为控制信号，使DRAM翻倍。
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- 视频RAM：用在图形系统的帧缓冲区中。
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非易失性存储器：即使在关电后仍然保存着他们的信息。
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访问主存：数据流通过总线在处理器和DRAM主存之间来来回回。
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- 总线能携带地址、数据和控制信号。
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- 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。
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计算机系统处理指令图
磁盘存储
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磁盘构造：由盘片构成。
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- 盘片表面：磁性记录材料、磁道、扇区、间隙
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- 盘片中央：主轴----使盘片以固定旋转速率转
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- 磁盘驱动器：柱面
- 磁盘驱动器：柱面
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磁盘容量：一个磁盘上可以记录的最大位数
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- 记录密度（bit/inch)
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- 磁道密度(道/inch)
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- 面密度(bit/平方英寸） = 记录密度*磁道密度（与容量有关）
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- 计算磁盘容量的公式：
- 计算磁盘容量的公式：
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磁盘操作：
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- 读/写头：读写存储在磁性表面的位
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- 寻道时间：移动传动臂所需的时间
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- 依赖于读/写头以前的位置和传动臂在盘面上移动的速度
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- 旋转时间：一旦读/写头定位到了期望的磁道，驱动器等待目标扇区的第一个位置转到读/写头下。
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- 最大旋转延迟公式：
- 最大旋转延迟公式：
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- 传送时间：当目标扇区的第一个位位于读/写头下时，驱动器就可以开始读或者写该扇区的内容了。
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- 平均传送时间公式：
- 平均传送时间公式：
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逻辑磁盘块：磁盘控制器----读一个磁盘扇区的数据到主存，操作系统会发送一个命令到磁盘控制器，让它读某个逻辑块号。
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连接I/O设备：通用串行总线、图形卡、主机总线适配器
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访问磁盘：如图所示
局部性
- 局部性：倾向于引用邻近于其他最近引用过的数据项的数据项，或者最近引用过的数据项的本身。
- 分类：时间局部性和空间局部性
- 对程序数据引用的局部性
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- 时间局部性：书中的例子sumvec，因为sum可以被重复使用
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- 空间局部性：
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- 每隔k个元素进行访问，就称为步长为k的引用模式。
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- 步长为1的引用模式称为顺序引用模式。
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- 顺序引用模式具有很好的空间局部性。
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- 取指令的局部性
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- for循环具有良好的空间局部性
存储器层次结构
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存储器的层次结构：见下图
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存储器层次结构中的缓存
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- 存储器结构的中心思想：对于每个k，位于k层的更快更小的存储设备作为位于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）
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- 存储器被划分成连续的数据对象组块，称为块，每个块都有唯一的地址或名字。
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- 缓存命中：程序需要在第k+1层的某个数据对象d时，它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，那就是缓存命中。
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- 缓存不命中:第k层中没有缓存数据对象d，需要在第k层中替换或驱逐某个牺牲块，用到替换策略。
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- 缓存管理：硬件和软件的结合。
高速缓存存储器
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高速缓存的组织结构：
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- （S, E, B, m）的通用组织：
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- 高速缓存是一个高速缓存组的数组。每个组包含一个或多个行，每个行包含一个有效位，一些标记位，以及一个数据块；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。如图所示
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直接映射高速缓存（E=1 只有一行），如图所示
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工作过程（被请求字的过程）
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- 组选择
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- 行匹配
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- 字抽取
教材学习中的问题和解决过程
看到教材内容，如图所示
自己总结了一下破坏空间局部性的跳转指令，以后写程序时可以谨慎使用。
解答：C语言：goto语句
汇编语言： 跳转指令分三类:
一、无条件跳转: JMP;
二、根据 CX、ECX 寄存器的值跳转: JCXZ(CX 为 0 则跳转)、JECXZ(ECX 为 0 则跳转);
三、根据 EFLAGS 寄存器的标志位跳转, 这个太多了.
CMP 指令相当于减法操作, 不影响任何寄存器, 执行后: 如果相等则 ZF=1, 否则ZF=0
参考：跳转指令总结
代码托管
（statistics.sh脚本的运行结果截图）
上周考试错题总结
- 错题1：Y86-64中"addq %rax, %rcx"对应的机器码是（）
A .6010
B .6001
C.60010000000000000000
D .00000000000000006001
E .00000000000000006010
F .60100000000000000000
答案：B
解析：根据教材中的图，当指令代码部分是6时，不含有8字节的常数字，故选B
- 错题2：Y86-64中"rrmovq %rax, %rcx"对应的机器码是（）
A .2001
B .2010
C .20010000000000000000
D .00000000000000002001
E .00000000000000002010
F .20100000000000000000
答案：A
解析：根据教材中的图，当指令代码部分是2时，不含有8字节的常数字，故选A
以上两题的错因均为没有注意常数字的问题，以后要多加注意。
其他（感悟、思考等，可选）
本章是本课的重点，我主要学习了存储器的层次结构以及他们的工作模式，这也让我更加深入理解了计算机的工作过程。其中，关于局部性的学习尤为有帮助，可以让我们在今后编写代码程序时，优化我们的程序，希望自己以后多多加油。
学习进度条
| 代码行数（新增/累积） | 博客量（新增/累积） | 学习时间（新增/累积） | 重要成长 | |
|---|---|---|---|---|
| 目标 | 5000行 | 30篇 | 400小时 | |
| 第一周 | 200/200 | 2/2 | 20/20 | |
| 第二周 | 300/500 | 2/4 | 18/38 | |
| 第三周 | 500/1000 | 3/7 | 22/60 | |
| 第四周 | 300/1300 | 2/9 | 30/90 |
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。
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计划学习时间:XX小时
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实际学习时间:XX小时
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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)