2018-2019-1 20165330 《信息安全系统设计基础》第五周学习总结

学习目标

• 了解常见的存储技术（RAM、ROM、磁盘、固态硬盘等）
• 理解局部性原理
• 理解缓存思想
• 理解局部性原理和缓存思想在存储层次结构中的应用
• 高速缓存的原理和应用

学习内容

存储技术

1. 随机访问存储器
   • 静态RAM (SRAM)：SRAM将每个位存储在一个双稳态的（bitable)存储器单元里。用来作为高速缓存存储器，既可以在CPU芯片上，也可以在片下
   • 动态RAM(DRAM)：DRAM将每个位存储为对一个电容的充电，用来作为主存以及图形系统的帧缓冲区。
     • 快页模式DRAM（FPM DRAM）：异步控制信号，允许对同一行连续的访问可以直接从行缓冲区得到服务。
     • 扩展数据输出DRAM（EDO DRAM）：异步控制信号，允许单独的CAS信号在时间上的更紧密一点。
     • 同步DRAM（SDRAM）：同步的控制信号，比异步的快。
     • 双倍数据速率同步DRAM（DDR SDRAM）：使用两个时钟沿作为控制信号，使DRAM速度翻倍。
     • 视频RAM（VRAM）：用在图形系统的帧缓冲区中。
   • 访问主存
     • 读事务：从主存传送数据到 CPU。
     • 写事务：从CPU传送数据到主存
       
2. 磁盘存储：保存大量数据的存储设备
   • 构造
     
   • 磁盘容量：一个磁盘上可以记录的最大位数称为它的最大容量
     
   • 决定容量的因素：记录密度 磁道密度 面密度
   • 存储：以扇区大小的块来读写数据
   • 扇区的访问时间：寻道时间、旋转时间、传送时间
   • 逻辑磁盘块：一个B个扇区大小的的逻辑块的序列，编号为0-(B-1)
3. 第三种存储技术——固态硬盘
   • 由一个SSD包由一个或多个闪存芯片和闪存翻译层组成
   • 随机访问时间比旋转磁盘要快，能耗更低，更结实，但容易磨损

局部性

1. 局部性原理
   • 含义：引用最近引用过的数据项。这种局部性原理对硬件和软件系统的设计和性能都有着极大的影响。
   • 包括：时间局部性和空间局部性
   • 一般而言，具有良好局部性的程序要比局部性差的程序运行的更快。
2. 对程序数据引用的局部性
   • 步长：是评价局部性的指标，即如果在连续的数组中，每隔k个元素进行访问，就叫做步长为k的引用模式
   • 一般而言，随着步长的增加，空间局部性下降
3. 取指令的局部性
   • 循环体里的指令是按照连续的存储器顺序执行的
   • 循环有良好的空间局部性，因为循环体会被执行多次，所以它也有良好的时间局部性
   • 对于循环来说，循环体越小，循环的次数越多，局部性越好

存储器层次结构

1. 存储器层次结构
   
2. 缓存
   • 高速缓存的过程
   • 层次结构中的每一层都缓存来自较低一层的数据对象
   • 缓存命中：当程序需要第k+1层的某个数据对象d时，它会首先在第k层寻找，如果d刚好在第k层，那么程序就会从第k层直接读取d
   • 缓存不命中：当程序需要第k+1层的某个数据对象d时，它会首先在第k层寻找，在第k层没有缓存数据对象d
     • 分有：冷缓存、冲突不命中、容量不命中

高速缓存存储器

1. 定义
   • 高速缓存组：包含E个高速缓存行
   • 高速缓存行：由B = 2^b字节的数据块组成
   • 有效位：指明这个行是否包含有意义的信息
   • 标记位：唯一地标识存储在这个高速缓存行中的块，t = m -(b+s)
2. 层次结构
   
3. 参数
   
4. 三种高速缓存
   • 直接映射高速缓存：每个组只有一行(E = 1)的高速缓存
   • 组相联高速缓存：每个组都保存有多于一个的高速缓存行（I<E<C/B）
   • 全相联高速缓存
5. 处理写不命中
   • 写分配---通常写回对应
   • 非写分配---通常直写对应
6. 对程序性能的影响
   • 注重内循环
   • 以步长为1来读数据
   • 尽可能使用存储器中读入的数据对象

ch04课下测试错题总结

Y86-64中()指令没有访存操作.

A .
rrmovl

B .
irmovq

C .
rmmovq

D .
pushq

E .
jXX

F .
ret

正确答案：A B E

解析：rrmovl是寄存器-寄存器传送，irmovq是立即数-寄存器传送，不需要访存。书上P270对jXX访存的标注是空白的，所以jXX没有访存操作。