2019-2020-1 20175313 《信息安全系统设计基础》第五周学习总结

一、教材学习内容总结

存储技术

随机访问存储器

1. 静态RAM(SRAM)：SRAM将每个位存储在一个双稳态的存储器单元里。
2. 动态RAM(DRAM)：DRAM将每个位存储为对一个电容的充电。

• SRAM比DRAM速度快，但同时花费高。DRAM与SRAM存储器特性图如下：

  

• 传统DRAM：分为d个超单元，被组织成一个r行c列的长方形阵列，即d=r·c，每个超单元由w个DRAM单元组成。一个d*w的DRAM总共存储了dw位信息。

• 读取一个DRAM超单元内容的过程：

  1. 内存控制器发送行地址x
  2. DRAM响应，将行地址x的整个内容都复制到一个内部行缓冲区
  3. 内部存储器发送列地址y
  4. 从行缓冲区复制超单元(x,y)中的8位，并把他们发送到内存控制器。

• 设计者将DRAM组织成二维阵列：

  • 目的：降低引脚数量
  • 缺点：必须分两布发送地址，增加了访问时间。

• 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

磁盘存储

• 磁盘构造：

  1. 磁盘由盘片构成，每个盘片有两面或称为表面。
  2. 每个表面由一组称为磁道的同心圆组成。
  3. 每个磁道被划分为一组扇区。
  4. 每个扇区包含相等数量的数据位。
     

• 磁盘容量：

  

• 磁盘以扇区大小的块来读写数据

  1. 对扇区的访问时间主要有三个部分：寻道时间、旋转时间和传送时间。
  2. 访问一个磁盘扇区的时间主要是寻道时间和旋转延迟。
  3. 寻道时间乘2是估计磁盘访问时间的简单而合理的方法。

局部性

• 时间局部性：被引用过一次的内存位置很可能在不远的将来==再被多次引用==。

• 空间局部性：一个内存位置被引用了一次，程序很可能在不远的将来==引用附近的一个内存位置==。

  • 重复引用相同变量的程序具有良好的时间局部性。
  • 对于具有步长位k的引用模式的程序，步长越小，空间局部性越好，具有步长为1的引用模式的程序有很好的空间局部性。在内存中以大步长跳来跳去的程序空间局部性会很差。
  • 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。

存储器层次结构

• 存储结构的本质：每一层存储设备都是较低一层的缓存。
• 缓存命中：当程序需要第k+1层的某个数据对象d时，它首先在当前存储的第k层的一个块中查找d。如果d刚好缓存在第k层中，那么就是我们所说的缓存命中。

• 缓存不命中：

  • 冷缓存：第k层的缓存是空的。
  • 冲突不命中
  • 容量不命中

高速缓存存储器

通用的高速缓存存储器组织结构

• 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=SXEXB。
  
  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。

  • 组选择
  • 行匹配
  • 字抽取
    

• 注意：

  • 标记位和索引位唯一的标识了每个块；
  • 多个块会映射到同一个高速缓存组；
  • 映射到同一组的块由标记位唯一的标识。

二、教材学习中的问题和解决过程

• 问题：对教材420页上的练习题6.7进行验证时，在Linux下编译，显示段错误。运行截图如下：

  

• 解决方法：百度“段错误”查询错误原因，发现是自己设置的数组太大，导致访问的内存超出了系统给这个程序所设定的内存空间。

• 运行结果如图：

  
  

三、心得体会

本周学习内容较为简单，但是总结起来比较繁琐，以前做总结的时候自己总是愿意画思维导图，但是画思维导图其实很费时间，自己花一遍思维导图的时候，够我对其中的内容进行复习两遍了，所以这次的学习总结，我选择在别人的总结上加上自己的体会。

四、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
第四周	289/1005	1/36	14/54

• 计划学习时间:10小时

• 实际学习时间:14小时

五、参考资料

• 存储器结构层次（一）——存储技术
• 存储器结构层次（二）——局部性
• 存储器结构层次（三）——存储器层次结构
• 存储器结构层次（四）——高速缓存存储器
• 《深入理解计算机系统》