2017-2018-20155336 《信息安全系统设计基础》第九周学习总结

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

教材学习内容总结

这周学习第六章

第一节

静态RAM（SRAM）：
- SRAM比DRAM更快，但也贵得多
- SRAM将每个位存储在一个双稳态的存储器单元里，可无限期保持在两个不同的电压配置或状态之一
- 只要有供电，SRAM就会保持不变
- SRAM对于诸如光和电噪声这样的干扰不敏感
动态RAM（DRAM）:
- DRAM将每个位存储为对一个电容的充电
- DRAM存储器单元对干扰非常敏感
- DRAM芯片中的单元被分成了D个超单元，每个超单元都由W个DRAM单元组成，一个d*w的DRAM总共才能除了DW位信息
RAS和CAS请求共享相同的DRAM地址引脚
DRAM芯片包装在存储器模块中，常见的包装包括：
- 双列直插存储器模块：168引脚
- 单列直插存储器模块：72引脚
虽然ROM中有的类型既可以读也可以写，但是他们整体上都称为只读存储器
PROM只能被编程一次
磁盘结构：盘片、磁道、扇区、间隙、柱面；磁盘驱动器
读事务：从主存传送数据到CPU
写事务：从CPU传送数据到主存
总线包括：地址总线、数据总线、控制总线、系统总线、存储总线、IO总线

第二节

局部性原理：时间局部性、空间局部性；
局部性两种不同的形式：时间局部性、空间局部性
有良好局部性的程序比局部性差的程序运行的更快
随着步长的增加，空间局部性下降
代码区别于程序数据的一个重要属性是在运行时他是不能被修改的
重复引用同一个变量的程序有良好的时间局部性
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

存储器层次结构

存储器层次结构的中心思想是：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。数据总是以块大小作为传送单元在第k层和k+1层之间来回拷贝的。第（k+1）层的存储器被划分成连续的数据对象片，称为块；数据总是以块大小为传送单元在相邻两层之间来回拷贝的；在任何时刻，第k层的缓存包括第（k+1）层块的一个子集的拷贝。

高速缓存存储器

高速缓存是一个有S个高速缓存组的数组，每个数组包含E个高速缓存行，每个行包含一个有效位，一些标记位t，一个数据块B。
标记位t=m-(b+s)唯一地标识存储在这个高速缓存行中的块，有效位指明这个行是否包含有意义的信息。
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
高速缓存的大小C = S * E * B
高速缓存确定一个请求是否命中，然后抽取出被请求的字的过程，分为三步
- 组选择
- 行匹配
- 字抽取
直接映射高速缓存中不命中时，每个组只包含有一行，替换策略是：用心取出的行替换当前的行。
一个1 < E < C/B的告诉缓存通常称为E路组相联高速缓存
一个全相联高速缓存是由一个包含所有高速缓存行的组（E = C/B）组成的

教材学习中的问题和解决过程

问题

教材学习中遇到的问题是关于书p396关于访问磁盘的图示，在c图中为什么第三步是从磁盘发出的信号？而且发出的信号为什么没有通过系统总线？

解决

后来通过继续看书上对其解释得到了答案。首先从磁盘发出的信号是一个中断信号来通知cpu，而且这个信号是发送到cpu芯片的一个外部引脚上。

习题6.2

计算这样一个磁盘的容量。它有2个盘片，10 000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 = （512/400）*400*10000*2*2= 8 192 000 000 字节 = 8.192GB

习题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=

习题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：10 000RPM，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

（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 = 8ms*2000=16000ms=16s`
```

习题6.11

在前面dotprod的例子中，在我们对数组x做了填充之后，所有对x和y的引用的命中率是多少？

  在填充了之后，对于x和y数组，只有在引用第0个和第4个元素的时候发生不命中。因而命中率为75%

代码托管

其他（感悟、思考等，可选）

对计算机的存储有更深入的了解。

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）
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	600/1300	4/9	30/90
第五周	650/1300	5/9	40/90
第六周	700/1300	6/9	50/90
第七周	800/1300	7/9	60/90
第八周	1200/1700	8/10	80/110
第九周	1800/2000	9/11	100/120

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:10小时
实际学习时间:10小时

(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)