20145331 《信息安全系统设计基础》第7周学习总结

6.1

SRAM:

1、特点：SRAM两个稳态，其他状态不稳定；只要有电，它就会永远地保持它的值，抗干扰；花费高。

2、应用：做高速缓存存储器。

DRAM:

1、特点：不抗干扰，不持续；单元被分成n个超单元，每个超单元x个位；分两步发地址（行、列），所以速度慢；花费高。

2、应用：做主存、帧缓冲区。

ROM：

1、断电依然保存信息。

2、PROM，EPROM，E2PROM，FLASH。

3、基于闪存的磁盘驱动器-固态硬盘。

磁盘：

1、磁盘结构：盘片、磁道、扇区、间隙、柱面；前面几个概念看图就懂，柱面是所有盘片上到主轴距离相等的磁道的集合，概念很形象，想着一个圆柱体就懂了。

2、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。
记录密度：磁道一英寸的段可以放入的位数。
磁道密度：从盘片中心出发半径上一英寸的段内可以有的磁道数。
面密度：上面两个量的乘积。

3、磁盘操作：

任何时候读写头在同一个柱面上。
找扇区第一个字节要用很长时间，剩余的字节访问时间很短，因为读写头的速度很快。
平均旋转时间 = (1/2) * 最大旋转时间。

4、逻辑磁盘块：

a）所有扇区编成逻辑块序列，用一个叫磁盘控制器的硬件，维护着逻辑块号和实际（物理）扇区之间的映射关系。

b）逻辑块号会被翻译成一个三元组：盘面、磁道、扇区。

访存、访问磁盘：

1、首先有几个概念：

1、总线：一组并行的导线，能携带地址、数据的控制信号；系统总线、存储器总线信号类型不一样，要靠IO桥翻译。
2、CPU使用一种存储器映射I/O技术来向I/O设备发出命令。

2、访存：

a）读：cpu把地址传给主存，主存对应的值给cou，cpu再copy给寄存器。

b）写：cpu把要写的地址给主存，再把寄存器的值copy到系统总线传给主存，主存把值存到写的地址上。

3、访问磁盘：cpu发起3个命令给磁盘控制器（磁盘读+参数、逻辑块号、主存地址），读扇区把内容传给主存，传完之后磁盘控制器发个中断信号给cpu。

6.2局部性

1、两种不同形式：空间局部性（附近的地址）、时间局部性（多次使用）

2、步长为k的引用模式：一个连续变量中，每隔k个元素进行访问。

3、局部性好代码运行当然速度快。

4、对于具有步长为k的引用模式的程序，步长越小，空间局部性越好；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。

6.3

这一节部分内容我记得前面说过了，那个结构的核心中心思想还是：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。

1、存储器分块，数据以块的形式在相邻层传。

2、命中、不命中：看你要找的块在不在高速缓存里。

3、不命中种类：

强制性不命中/冷不命中：空的缓存。
冲突不命中：放置策略引起，缓存够大。
容量不命中：缓存不够大。

4、缓存管理：上面说的所有功能用缓存管理来实现。（可以是硬件、软件，或者两者的集合）。

6.4

1、这一整节内容其实是围绕着地址展开的，你先得明白一个地址包含着标记、组索引和块偏移；接着要搞清楚它们其实都对应P409的模型中的变量（高速缓存结构（S，E，B，m））。

2、6.4.1通用结构顾名思义就是上述所有的量都有。

2、6.4.2直接映射高速缓存，每组只有一行，弊端是有很大概率造成冲突不命中。

3、为了解决冲突不命中，每组不能只有一行，所以引出6.4.3组相关联高速缓存，即每组多于一个缓存行。

4、6.4.4全相关联高速缓存，一个组包含所有缓存行，只有一个组，所以地址可以没有组索引。

课后作业

1.P391 6.2

计算这样一个磁盘的容量。它有2个盘片，10000个柱面，每条磁道平均有400个扇区，每个扇区平均有512个字节

磁盘容量 = 512字节/扇区400扇区/磁道10 000磁道/表面2表面/盘片2盘片/磁盘 = 8 192 000 000 字节 = 8.192GB

2.P393 6.3

估计访问下面的一个磁盘上的一个扇区需要的时间（以ms为单位）。旋转速率：15000RPM；Taveseek = 8ms;每条磁道的平均扇区数：500
访问时间 = Taveseek+Taverotation+Tavetransfer=8ms+0.51/15000RPM60secs.min1000ms/s+1/15000RPM1/50060secs/min1000ms/s=8ms+2ms+0.008ms=10.008ms

3.P394 6.4

假设1MB的文件由512字节的逻辑块组成，存储在有如下特性的磁盘驱动器上（旋转速率：10000RPM，Taveseek=5ms，平均扇区/磁道 = 1000）。

（1）最好的情况：给定逻辑块到磁盘扇区的最好的可能的映射（即，顺序的），估计读这个文件需要的最优时间

（2）随机的情况：如果块是随机地映射到磁盘扇区的，估计读这个文件需要的时间

首先明确：1MB=2^20字节，即数据存储在2000个逻辑块中；对于磁盘，Taverotation=0.51/10000RPM60secs/1min1000ms/s=3ms则：

（1）T=Taveseek+Taverotation+2Tmaxrotation=5ms+3ms+26ms=20ms

（2）在这种情况下，块被随机的映射到扇区上，读2000块的每一块都需要Taveseek+Tavgrotation=8ms。所以读这个文件的总时间为T = 8ms2000=16000ms=16s

代码托管

https://git.oschina.net/20145331/wsc20145331_linux.git

其他（感悟、思考等，可选）

本周的内容，通过结合书上的图示和文字来理解，其实整体感觉不难，每一节的内容逻辑相关性都很强，6.4节刚开始看觉得很难不过越往后看就越觉得其实大同小异，找到每种类型高速缓存的区别，从这些区别入手去理解就简单的多了，高速缓存的那几个参数刚开始觉得很多看不太明白，从后面找了一道例题对应着看就看得舒服多了，这也就是以习题作为驱动的学习方式吧；不过那个存储器山真心看不太懂，仍在反复看中。

学习进度条

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7周	23/405	1/8	11/131	了解了各类存储技术的原理，对高速缓存理解更加深入