第六章，存储器层次结构

存储器系统是一个具有不同容量、成本和访问时间的存储设备的层次结构。

局部性是计算机程序的一个基本属性。

存储器山：一种描绘某台机器上存储器层次结构的性能的方法。

6.1  存储技术

6.1.1 随机访问存储器（RAM）

分为两类：①静态（SRAM）

　　　　   ②动态（DRAM）

①SRAM将每个位存储在一个双稳态存储器单元里。它可以无限期地保存在两个不同的电压配置或状态之一。

②DRAM将每个位存储为对一个电容的充电。它对干扰非常敏感。

③传统的DRAM

④存储器模块  168引脚的双列直插存储器模块，64位；72引脚的单列直插存储器模块，32位。

⑤增强的DRAM（快页模式、扩展数据输出、双倍数据速率同步、同步、Rambus、视频）

⑥非易失性存储器

RAM断电即丢失他们的信息，他们是易失的，所以有ROM只读存储器。

⑦访问主页

数据流通过总线在处理器和DRAM主存之间来来回回，分为总线事物、读事物、写事物。

6.1.2 磁盘存储

磁盘是广为应用的保存大量数据的存储设备。

①磁盘构造

盘片构成，每个盘片分为两面或叫表面，覆盖着磁性记录材料。盘中央是一个可以旋转的主轴，它让盘片以固定的旋转速率旋转。

每个表面由磁道组成，我们通常说的磁盘是指磁盘驱动器整个装置。

②磁盘容量

一个磁盘上可以记录的最大位数

③磁盘操作

磁盘用读写头来读写存储在磁性表面的位。（寻道时间、旋转时间、传送时间）

③逻辑磁盘块

三元组：盘面、磁道、扇区

④连接到I/O设备

三个类型：通用串行总线

　　　　   图形卡

　　　　   主机总线适配器

⑤访问磁盘

⑥商用磁盘的剖析

6.1.3  固态硬盘（SSD）

SSD是一种基于闪存的存储技术。

一个SSD包括一个或多个闪存芯片和闪存翻译层。

SSD有着于旋转磁盘不同的性能特性。随机读和写的性能差别是底层闪存基本属性决定的。

6.1.4  存储技术趋势

SRAM比DRAM快一点，而DRAM比磁盘要快很多。

SSD位于DRAM和旋转磁盘之间。

DRAM和磁盘的性能滞后于CPU的性能。

6.2  局部性

一个编写良好的计算机程序常常具有良好的局部性。

时间局部性和空间局部性

6.2.1  对程序数据引用的局部性

步长为一的引用模式称为顺序引用模式。

6.2.2  取指令的局部性

当程序正在执行是，cup只从存储器中读出他的指令。

cup决不会重写或修改这些指令。

6.2.3  局部性小结

原则：重复引用同一个变量的程序有良好的时间局部性。

　　   步长越小，空间局部性越好。

　　　循环有好的时间和空间局部性。

6.3  存储器层次结构

存储技术

计算机软件

6.3.1  存储器层次结构中的缓存

使用高速缓存的过程称为缓存。

①缓存命中

②缓存不命中

③缓存不命中的种类

④缓存管理

6.3.2  存储器层次结构概念小结

利用时间局部性

利用空间局部性

6.4  高速缓存存储器

早起计算机系统只有三层：CPU寄存器、DRAM主存储器和磁盘存储。

6.4.1  通用的高速缓存存储器结构

高速缓存组  高速缓存行

6.4.2  直接映射高速缓存

每个组只有一行的高速缓存称为直接映射高速缓存。

①直接映射高速缓存中的组选择

②直接映射高速缓存中的行匹配

③直接映射高速缓存中的字选择

④直接映射高速缓存中的行替换

⑤综合：运行中的直接映射高速缓存

⑥直接映射高速缓存中的冲突不命中

6.4.3  组相联高速缓存

①组相联高速缓存中的组选择

②组相联高速缓存中的行匹配和字选择

③组相联高速缓存中的不命中时的行替换

6.4.4  全相联高速缓存

①全相联高速缓存中的组选择

②全相联高速缓存中的行匹配和字选择

6.4.5  有关写的问题

立即将w的高速缓存块写回到紧接着的低一层中称为直写。

两种方法：①写分配

　　　　　②非写分配

6.4.6  一个真实的高速缓存层次结构的解剖

6.4.7  高速缓存参数的性能影响

不命中率

命中率

命中时间

不命中处罚

①高速缓存大小的影响

②块大小的影响

③相联度的影响

④写策略的影响

第六章参考资料

《深入理解计算机系统》

闫佳歆同学的博客