第六章 存储器层次结构
6.1.1随机访问存储器 RAM
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：
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
总线是一组并行的导线，能携带地址、数据和控制信号。
1.静态RAM
SRAM将每个位存储在一个双稳态的存储器单元里。每个单元是用一个六晶体电路来实现的。这个电路有这样一个属性，它可以无期限地保持在两个不同的电压配置或状态之一。其他的任何状态都是不稳定的——从不稳定状态开始，电路会迅速地转移到稳定状态中的一个。这样一个存储器单元雷士倒转的钟摆。
2.动态RAM
DRAM将每个位存储为对一个电容的充电。这个电容非常小，通常只有大约30毫微微法拉。DRAM存储器可以制造得非常紧密，但是，与SRAM不同，DRAM存储器单元对干扰非常敏感。当电容的电压呗扰乱之后，就不会恢复了。暴露在光线下会导致电容电压的改变。只要有供电，SRAM就会保持不变，与DRAM不同，它需要不断地刷新。SRAM的存储比DRAM快。SRAM对诸如光和噪声这样的干扰不敏感。代价是SRAM单元比DRAM单元使用更多的晶体管，因而密集度低，而且更贵，功耗更大。
3.传统的DRAM
DRAM芯片中的单元被分成d个超单元，每个超单元都由w个DRAM单元组成。一个dXw的DRAM总共存储了dw位信息。
4.存储器模块
DRAM芯片包装在存储器模块中，它是插到主板的扩展槽上的。
最常见的包装包括168个引脚的双列直插存储器模块，它以64位为块传送数据到存储控制器和从存储器传出数据，还包括72个引脚的单列直插存储器模块，它以32位为块传送数据。
5.增强的DRAM
每种都是基于传统的DRAM单元，并进行了一些优化，改进了访问基本DRAM单元的速度。
快页模式DRAM：
传统的DRAM将超单元的一整行拷贝到它的内部缓冲区中，使用一个，然后丢弃剩余的。
扩展数据输出DRAM：
FPM DRAM的一个增强的形式，它允许单独的CAS信号在实际上靠得更紧密一点。
同步DRAM：
SDRAM能够比那些异步的存储器更快地输出超单元的内容。
双倍数据速率同步DRAM：
DDRSDRAM是对SDRAM的一种增强，它通过使用两个时钟沿作为控制信号，从而使DRAM的速度翻倍。
Rambus DRAM：
这是另一种私有技术，它的最大带宽比DDR SDRAM的更高。
视频RAM:
它用在图形系统的帧缓冲区中。
6.1.2 磁盘存储
1.磁盘制造
每个表面是由一组称为磁道（track）的同心圆组成；每个磁道被划分成一组扇区（sector）；每个扇区包含相等数量的数据位（通常是512字节）；这些数据编码在扇区上的磁性材料中。扇区之间由一些间隙（gap）分隔开，这些间隙中不存在数据位。间隙存储用来标识扇区的格式化位。
2.磁盘容量
磁盘容量是由以下技术因素决定的：
记录密度
磁道密度
面密度
旁注：对于与DRAM和SRAM容量相关的单位，通常K ＝ 210，M ＝ 220，G ＝ 230，对于磁盘和网络这样的I/O设备容量相关的单位，通常K ＝ 103，M ＝ 106，G ＝ 109。
3磁盘操作
（1）任何时刻，所有的读写头都位于同一柱面上。
（2）在传动臂末端的读/写头在磁盘表面高度约0.1微米处一层薄薄的气垫上飞翔，速度大约为80km/h。磁盘以扇区大小的块来读写数据。
（3）对扇区的访问时间有三个主要部分组成：
1.寻道时间（seek time):为了读取某个目标扇区的内容，传动臂把读/写头首先定位到包含目标扇区的磁道上。所需时间即为寻道时间，约等于最大旋转时间。
2.旋转时间（rotational latency):定位到期望的磁道后，驱动器等待目标扇区的第一个位旋转到读/写头下。
Tmax rotation = 1/最大旋转数率
Tavg rotation = (1/2) × Tmax rotation
3.传送时间（transfer time）:Tavg transfer = (1/最大旋转数率) × （1/每磁道的平均扇区数）
逻辑磁盘块
现代磁盘构造复杂，有多个盘面，这些盘面上有不同的记录区。为了对操作系统隐藏这样的复杂性，现代磁盘将它们的构造简化为一个b个扇区大小的逻辑块的序列，编号为0,1,2,...b-1。磁盘中有一个小的硬件/固件设备，称为磁盘控制器，维护着逻辑块号的和实际（物理）磁盘扇区之间的映射关系。
连接到I/O设备访问磁盘商用磁盘的剖析
6.1.3 固态硬盘SSD
磁盘构造：磁盘由盘片构成，表面覆盖着磁性记录材料，中央有一个可以旋转的主轴 ，旋转速率大约为5400-15000每分钟。磁盘的每个表面是一组称为磁道的同心圆组成，每个磁道被划分为一组扇区，扇区之间由一些间隙隔开，间隙存储用来标识扇区的格式化位。
6.2局部性
局部性原理：时间局部性、空间局部性，有能力者理解一下p429最后一段“存储器山”
一个编写良好的计算机程序常常具有良好的局部性，也就是说，他们倾向于引用邻近于其他最近引用过的数据项的数据项，或者最近引用过的数据项本身。这种倾向性，称为局部性原理，是一个持久的概念
(1)时间局部性：在一个具有良好时间局部性的程序中，被引用过一次的存储器位置很可能在不远的将来再被多次引用
(2)空间局部性：在一个具有良好空间局部性的程序中，如果一个存储器位置被引用了一次，那么程序很可能在不远的将来引用附近的一个存储器位置
有良好局部性的程序比局部性差的程序运行的更快数据 引用局部性 取指令局部性
逻辑磁盘块：
现代磁盘将盘面的构造视为一个B个扇区大小的逻辑块序列，磁盘控制器维护着逻辑块号和实际磁盘扇区之间的映射关系。逻辑块号可识别为一个盘面、磁道、扇区三元组，唯一的标识了相对应的物理扇区。内存可以看成字节数组、磁盘可以看成块数组。
连接到I/O设备：所有的I/O设备都是通过I/O总线连接到CPU和主内存。有三种不同类型：
通用串行总线：一个广泛的使用标准，用于连接各种外围I/O设备。
图形卡（或适配器）：包含硬件和软件逻辑，代表CPU在显示器上画像素。
主机总线适配器： 将一个或者多个磁盘连接到I/O总线，使用一个特别的主机总线接口定义的通信协议。