2018-2019 20165203 《信息安全系统设计基础》第五周学习总结

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

• 传统的DRAM：电路模式
  

• 内存模块：DARM芯片封装在内存模块中

• 增强的DRAM：

• • 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。
• • 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。
• • 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。
• • 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。
• • 视频RAM：用在图形系统的帧缓冲区中。

• 非易失性存储器：即使在关电后仍然保存着他们的信息。

• 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。
  

• • 总线能携带地址、数据和控制信号。
• • 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。

• 计算机系统处理指令图

磁盘存储

• 磁盘构造：由盘片构成。

• • 盘片表面：磁性记录材料、磁道、扇区、间隙
• • 盘片中央：主轴----使盘片以固定旋转速率转
• • 磁盘驱动器：柱面
    

• 磁盘容量：一个磁盘上可以记录的最大位数

• • 记录密度（bit/inch)
• • 磁道密度(道/inch)
• • 面密度(bit/平方英寸） = 记录密度*磁道密度（与容量有关）
• • 计算磁盘容量的公式：
    

• 磁盘操作：

• • 读/写头：读写存储在磁性表面的位
• • 寻道时间：移动传动臂所需的时间
• • • 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：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。
• • 最大旋转延迟公式：
    
• • 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。
• • 平均传送时间公式：
    

• 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。

• 连接I/O设备：通用串行总线、图形卡、主机总线适配器

• 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
• • 时间局部性：书中的例子sumvec，因为sum可以被重复使用
• • 空间局部性：
• • • 每隔k个元素进行访问，就称为步长为k的引用模式。
• • • 步长为1的引用模式称为顺序引用模式。
• • • 顺序引用模式具有很好的空间局部性。
• 取指令的局部性
• • for循环具有良好的空间局部性

存储器层次结构

• 存储器的层次结构：见下图
  

• 存储器层次结构中的缓存

• • 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）
• • 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。
• • 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。
• • 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。
• • 缓存管理：硬件和软件的结合。

高速缓存存储器

• 高速缓存的组织结构：

• • （S, E, B, m）的通用组织：
• • 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

• 直接映射高速缓存（E=1 只有一行），如图所示
  

• 工作过程（被请求字的过程）

• • 组选择
• • 行匹配
• • 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。

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