存储器层次结构
本章的核心是：
- 一些常见的存储技术
- 存储器的层次结构
- 高速缓存的工作原理
- 结合高速缓存，提高程序的
局部性
存储技术
有哪些与时俱进的存储技术？
- SRAM：六晶体管电路，只要有电，就永远保持它的值。受干扰影响小。
DRAM：电容，易受干扰。
传统的DRAM
每个超单元都有w个DRAM单元
内存模块
增强的DRAM：对传统的DRAM进行优化，提高访问速度
- 非易失性存储器（历史原因，也叫ROM）:断电依然保存信息
- PROM（可编程ROM）：高电流熔断，只可编程一次
- EPROM（可擦可编程ROM）：紫外光编程，可编程1000次
- EEPROM（电子可擦除ROM）：无需要独立的特殊设备，可编程100000次
- 闪存：基于EEPROM
ROM有什么用？
存放在ROM中的程序被称为固件，比如PC的BIOS程序
当计算机通电以后，它会运行ROM中的固件
如何访问主存？
通过总线
I/O桥把系统总线的电子信号翻译成内存总线的电子信号
磁盘的构造？磁盘的容量？
使用磁性记录材料来记录信息
如何操作磁盘？如何连接磁盘？如何访问磁盘？
为了对操作系统隐藏这样的复杂性，根据扇区定义逻辑块
磁盘控制器维护逻辑块号和实际磁盘扇区之间的映射关系
通过I/O总线连接磁盘：
什么是直接内存访问（DMA）？
设备自己执行读和写总线事务，不需要CPU干涉，称为直接内存访问
固态硬盘的结构？
存储技术的趋势？
现代计算机频繁使用高速缓存来弥补处理器-内存之间的差距
程序的局部性能使高速缓存的作用发挥到极致
局部性
什么是局部性？
- 时间局部性：被引用过一次的内存地址，在不久之后多次被引用
- 空间局部性：被引用过一次的内存地址，在不久之后其附近的位置多次被引用
如何简单的运用局部性？
- 重复引用相同的变量具有良好的时间局部性
- 迭代数组的步长越小，空间局部性越好
- 循环体具有良好的时间和空间局部性
存储器层次结构
缓存的基本原理？
层与层之间以相同大小的数据块进行传输
不同层之间的块的大小是不一样的
缓存的命中和不命中？
找到了就是命中，没找到就是不命中
不命中的情况下需要决定替换块的替换策略
不命中的类型？
- 冷缓存：初始状态，什么缓存都没
- 冲突不命中：请求的缓存交替的发生在相同位置的块上
- 容量不命中：缓存太小了
缓存的管理？
块的划分、块的传送、命中判定、替换策略等等
逐步从直接访问变为间接访问
高速缓存存储器
如何缓存（如何映射）？
缓存的位置都是根据地址计算得到
高速缓存的结构可以用元祖（S，E，B，m）描述
缓存类别有？
直接映射高速缓存
每组只有一行，替换策略简单，冲突不命中易发生
组相联高速缓存
每组有多行，最简单的替换策略是随机替换
全组高速缓存
命中如何更新缓存？
- 直写：立即向低层更新数据
- 写回：等待缓存被替换时才 向低层更新数据
不命中如何更新缓存？
- 写分配：先加载到高速缓存中
- 非写分配：直接更新，避开高速缓存
真实的缓存层次结构？
如何衡量缓存性能？
- 不命中率：不命中数量/引用数量
- 命中率：
- 命中时间：命中需要的时间
- 不命中处罚：不命中需要的额外时间
编写高速缓存友好的代码
确保代码高速缓存友好的方式是？
- 把时间花在核心函数中
- 尽量减少每个循环内部的缓存不命中率
空间局部性和缓存大小有直接关系
对存储器山如何分析？
