名词
1.存储器系统(memory system)
(1)CPU寄存器
(2)高速缓存存储器(cache memory)
(3)主存储器(main memory)
2.局部性(locality)
3.存储器山(memory mountain)
4.随机访问存储器(Random-Access Memory, RAM)
(1)静态RAM(Static random-access memory, SRAM)
(2)动态RAM(Dynamic random-access memory, DRAM)
(3)传统的DRAM
超单元(supercell)、引脚(pin)、内存控制器(memory controller)、行地址i(Row Access Strobe, RAS, 行访问选通脉冲)、列地址j(Column Access Strobe, CAS, 列访问选通脉冲)、内部行缓冲区
(4)内存模块(memory module)
双列直插内存模块(Dual Inline Memory Module, DIMM)
(5)增强的DRAM
a.快页模式DRAM(Fast Page Mode DRAM, FPM DRAM)
b.扩展数据输出DRAM(Extended Data Out Dram, EDO DRAM)
c.同步DRAM(Synchronous DRAM, SDRAM)：
d.双倍速率同步DRAM(Double Data-Rate Synchronous DRAM, DDR SDRAM)：
e.视频DRAM(Video DRAM, VDRAM)：
(6)非易失性存储器(nonvolatile memory)
a.易失(volatile) vs 非易失(nonvolatile)
b.只读存储器(Read-Only Memory, ROM)
-可编程ROM(Programmable ROM, PROM)
-可擦写可编程ROM(Erasable Programmable ROM, EPROM)
-电子可擦除ROM(Electrically Erasable PROM, EEPROM)
c.闪存(flash memory)
d.固件(firmware)
5.总线(bus)：系统总线(system bus)、内存总线(memory bus)、I/O总线(I/O bus)
总线事物(bus transaction):读事物(read transaction)、写事物(write transaction)
I/O桥接器(I/O Bridge，I/O桥)
6.磁盘disk = 磁盘驱动器disk driver = 旋转磁盘rotating disk
(1)盘片platter，表面surface，主轴spindle，旋转速率rotational rate，转每分钟(Revolution Per Minute, RPM)
(2)磁道track，扇区sector，间隙gap，柱面cylinder
(3)记录区recording zone，多区记录multiple zone recording
(4)磁盘容量:记录密度recording density、磁道密度track density、面密度areal density
6.1 存储技术
6.1.1 随机访问存储器(Random-Access Memory, RAM)
1.静态RAM(Static random-access memory, SRAM)
(1)小，快，贵，多作为CPU片上/片下的高速缓存存储器
(2)1位4个/6个晶体管，是双稳态的(bistable)，只要有电就保持值，对干扰不敏感
2.动态RAM(Dynamic random-access memory, DRAM)
(1)相对大、慢、便宜，多作为主存/图形系统的帧缓冲区（e.g.相机传感器）
(2)1位1个电容/晶体管，对干扰敏感，暴露在光线下会改变电容，会漏电
3.传统的DRAM
(1) d个超单元(supercell)/每个DRAM芯片 = r行*l列/每个DRAM芯片
w个DRAM单元/每个超单元 = 存储w位/每个超单元
一个d*w的DRAM芯片 = d个超单元(d=r行*l列) * w个DRAM单元(w位) = d*w位
(2) 引脚(pin):传送1位信号流入/流出DRAM芯片的外部连接器
(3) 内存控制器(memory controller):传入/传出w位信号到DRAM芯片
(4) 行地址i(Row Access Strobe, RAS, 行访问选通脉冲)
列地址j(Column Access Strobe, CAS, 列访问选通脉冲)
共享地址引脚，现行后列
(5)内部行缓冲区：将一整行(第i行，信号RAS)的超单元复制到内部行缓冲区，读取第j个超单元(信号CAS)，然后丢弃这一行内部行缓冲区
4.内存模块(memory module)
(1)DRAM芯片->内存模块->主板扩展槽
(2)Corei7:双列直插内存模块(Dual Inline Memory Module, DIMM)
例：一个内存模块 = 8个64Mbit的8M*8的DRAM芯片 = 64M字节
注：64Mbit:每个DRAM芯片存储64Mbit=2^6*2^10位
8M*8:每个DRAM芯片由8M=2^3*2^10个超单元组成，每个超单元有8个DRAM单元(即每个超单元存储8位)
64M字节:内存模块存储8*64Mbit=64MB=64M字节
5.增强的DRAM
(1)快页模式DRAM(Fast Page Mode DRAM, FPM DRAM)：对同一行超单元的访问，可以一起进行，不丢弃内部行缓冲区
(2)扩展数据输出DRAM(Extended Data Out Dram, EDO DRAM)：增强的FPM DRAM，各个CAS信号时间更紧密
(3)同步DRAM(Synchronous DRAM, SDRAM)：使用显式的控制信号，比异步DRAM(传统的、FPM和EDO的)更快
(4)双倍速率同步DRAM(Double Data-Rate Synchronous DRAM, DDR SDRAM)：更更快，使用两个时钟沿；划分方式——提高有效带宽的很小的预取缓冲区的大小：DDR(2位),DDR2(4位),DDR3(8位)
(5)视频DRAM(Video DRAM, VDRAM)：类似FPM DRAM，区别1:移位内存缓冲区进行输出，区别2:允许对内存并行地读和写
6.非易失性存储器(nonvolatile memory)
(1)易失(volatile) vs 非易失(nonvolatile)
易失：断点即丢失(SRAM, DRAM);非易失：断点仍保存信息
(2)只读存储器(Read-Only Memory, ROM)：部分ROM可读可写，但是根据可重编写次数&重编写机制划分成ROM
a.可编程ROM(Programmable ROM, PROM):编一次，熔丝(fuse)只能被熔断一次
b.可擦写可编程ROM(Erasable Programmable ROM, EPROM):编1000次，石英窗口，特殊设备写1、光照清0
c.电子可擦除ROM(Electrically Erasable PROM, EEPROM):编10^5次，直接在印制电路卡上编写
(3)闪存(flash memory):基于EEPROM，是非易失性存储器，快速持久。固态硬盘(Solid State Disk, SSD)是一种基于闪存的磁盘驱动器。
(4)固件(firmware):存储在ROM设备中的程序，提供少量的基本的输入输出函数(如PC的基本输入/输出系统BIOS)
7.访问主存
(1)总线(bus)：
系统总线(system bus):CPU(总线接口，bus interface)-I/O桥
内存总线(memory bus)：I/O桥-主存
I/O总线(I/O bus)：I/O桥-I/O设备(磁盘、图形卡等)
(2)总线事物(bus transaction):CPU和主存之间的数据传送
读事物(read transaction)：主存->CPU
写事物(write transaction)：CPU->主存
(3)I/O桥接器(I/O Bridge，I/O桥)：包含内存控制器
(4)实际操作
6.1.2 磁盘存储
磁盘：保存大量数据，慢
1.磁盘构造
(1)盘片platter，表面surface，主轴spindle，旋转速率rotational rate，约5400-15000转每分钟(Revolution Per Minute, RPM)
(2)磁道track，扇区sector(每个扇区包含相等数量的数据位，一般为512字节)，间隙gap(标记格式化位)，柱面cylinder
(3)磁盘驱动器disk driver(一个磁盘多个盘片叠放封装) = 磁盘disk(简称) = 旋转磁盘rotating disk(区别于基于闪存的固态硬盘SSD)
2.磁盘容量
(1) 记录密度recording density(存储位数/磁道上的1英寸)
磁道密度track density(磁道数量/盘片中心出发半径上1英寸的段内)
面密度areal density(记录密度*磁道密度)
(2) 传统：每个磁道分为相同数量的扇区
现在：连续柱面划分为记录区recording zone，使用多区记录multiple zone recording技术
(3)例子
3.磁盘操作
(1)读/写头(read/write head)，传动臂(actuator arm)，寻道(seek)，读/写头冲撞(head crash)
(2)对扇区的访问时间(access time):寻道时间(seek time)、旋转时间(rotational time)、传送时间(transfer time)
4.逻辑磁盘块
磁盘控制器：维护磁盘逻辑块与实际磁盘扇区之间的映射关系
5.连接I/O设备
(1)通用串行总线(Universal Serial Bus, USB)控制器
(2)图形卡/适配器
(3)主机总线适配器:SCSI(支持多个磁盘驱动器)和SATA(支持一个磁盘驱动器)
(4)网络适配器
6.访问磁盘