20145318 《信息安全系统设计基础》第6.5周学习总结

教材学习内容总结

存储技术

随机访问存储器 RAM

静态的RAM：SRAM更快也更贵，用来作为高速缓存存储器，既可以在CPU芯片上，也可在片下。
动态的RAM：DRAM，用来作为主存以及图形系统的帧缓冲区。容量更大。

SRAM和DRAM存储器的特性

只要有供电，SRAM就会保持不变，与DRAM不同，它不需要刷新。SRAM的存取更快，抗干扰能力更强，代价是SRAM更贵，功耗更大。
非易失性存储器ROM
RAM在断电后会丢失信息，ROM即使断电也能保存着信息。ROM中有的类型既可以读又可以写，但整体上称为只读存储器。
ROM是以它们能够被重编程的次数和进行重编程所用机制进行区分的：
PROM：可编程ROM，只能被编程一次。
EPROM:可擦写可编程ROM，能够被擦写和重编程的次数的数量级达到1000次。
EEPROM：电子可擦除PROM，不需要物理上独立的编程设备，可直接在印刷电路卡上编程。数量级达到10^5。
FLASH：闪存，基于EEPROM，为大量的电子设备提供快速而持久的非易失性存储
存储在ROM设备中的程序通常称为固件，一个计算机系统通电后，会运行固件，一些系统在固件中提供了少量基本的输入和输出函数，如PC和BIOS。复杂的设备也依赖固件翻译来自CPU的I/O输入输出请求。

访问主存

数据流通过总线的共享电子电路在处理器和DRAM中来来回回。
每次传送都是通过一系列步骤完成的，称为总线事务。
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：一行并行的导线，能携带地址、数据和控制信号。
总线分类：
- 系统总线——连接CPU和I/O桥
- 控制总线：控制CPU与内存以及I/O设备之间的数据。
- 传送方式：读/写
- 数据总线：传递数据，决定CPU所能存取的位数。
- 总线越宽，CPU处理的能力越强。
- 地址总线：指出内存单元的地址，决定了最大可编程的内存空间。
- N位地址，提供2的N次方个不同地址0~2的N次方-1。
存储器总线——连接I/O桥和主存
I/O 桥

-  I/O桥将系统总线的电子信号翻译成存储器总线的电子信号，也将系统总线和存储器总线连接到I/O总线。

磁盘存储

磁盘是应用的保存大量数据的存储设备，存储数据的数量级可以到达几百到几千兆字节。
从磁盘上读取的时间为毫秒级，从DRAM读比从磁盘读快10万倍，从SRAM读比磁盘快 100 万倍。
- 磁盘构造：磁盘有若干盘片组成，密封在容器（磁盘驱动器）内。
- 每个盘片的两个表面称为表面，表面覆盖着磁性记录材料。表面且都有一组被称为磁道的同心圆；
- 每个同心圆由一些间隙分隔成一组等容量磁道（通常是512字节），间隙中存储的是标识扇区的格式化位。
- 盘片中间有一个可以旋转的主轴，使盘片以固定的旋转速率旋转。
- 柱面：所有盘片表面到主轴中心距离相等的磁道的集合。
- 有时，称磁盘为旋转磁盘，区别于基于闪存的固态硬盘，SSD是没有移动的部分的。
磁盘容量：容量是指一个磁盘上可以记录的最大位数。
- 决定因素：记录密度；磁道密度；面密度（前两者乘积）。提高面密度即可提高容量。
- 计算公式：磁盘容量 = 字节数/扇区 * 平均盘区数/磁道 * 磁盘数/表面 * 表面数/盘片 * 盘片数/磁盘。
磁盘操作：读写通过连在传动臂一段的读写头完成；可以定位在盘面上的任何磁道上；这样的机械运动称为寻道。
- 每个盘面对应一个读写头。所有的读写头一致行动，即在任意时刻，所有的读写都发生在同一盘面上
- 对扇区的访问主要有三个部分：
- 寻道：将读写头定位到包含目标扇区的磁道上。Tseek取决于它以前的位置和传动臂在盘面上的移动速度。时间通常为3——9ms。
- 旋转：一旦读写头定位到了期望的磁道，驱动器等待目标扇区的第一个位旋转到读写头下面。平均旋转时间是最大时间（等磁盘旋转一圈）
- 传送：驱动器开始写或者读扇区的内容；时间长短取决于旋转速度和每条磁道的扇区数目。
- 平均时延为 Tavg=1/RPM 1/(平均扇区数/磁道)60secs/1min）
- 访问一个磁盘扇区内容的平均时间为平均寻道时间，平均旋转延迟和平均传送时间之和。
- 访问一个磁盘扇区的512字节的主要时间在于寻道和旋转延迟。访问时间：磁盘>DRAM>SRAM
逻辑磁盘块：操作系统是以逻辑块号为单位进行寻址操作的。
将一个逻辑块号翻译成一个（盘面、磁道、扇区）三组元组，唯一的标识了对应的物理扇区。
连接到I/O设备：设备是通过I/O总线（例如intel的PCI）连接到CPU和主存的。
- 比系统总线和存储器总线要慢，但是可以容纳种类众多的第三方I/O设备。比如：通用串行总线；图形卡；主机总线适配器。
- 通用串行总线控制器：一个连接到USB总线的设备的中转机构。
- 图形卡：包括硬件和逻辑设备。
- 主机总线适配器：将一个或多个磁盘连接到I/O线，使用的是一个特别的主机总线接口定义的通信协议。
- 访问磁盘：DMA：直接存储器访问。

固态磁盘

固态硬盘是一种基于闪存的存储技术，一个SSD包由一个或多个闪存芯片和闪存翻译层组成，
闪存芯片替代传统旋转磁盘中的机械驱动器，闪存翻译层是一个硬件/固件设备，与磁盘控制器相同，
将对逻辑块的请求翻译成对底层物理设备的访问。
SSD顺序读比顺序写稍微快一点，但随机写比读慢一个数量级。
随机读写的性能差别是由底层闪存基本属性决定的。