各类存储技术
- RAM：SRAM DRAM
- ROM
- 磁盘
访问主存，访问磁盘流程

Storage technologies 存储技术

Random-Access Memory（RAM）随机访问存储器

Random-Access Memory（RAM）：随机访问存储器
- RAM就是所说的内存
分为SRAM（快）和DRAM（慢）。
SRAM和DRAM都是易失性存储器（volatile memories）
- 当断电得时候存储的信息就会丢失。

SRAM 静态RAM

用作高速缓存存储器
双稳态特性，只要有点，就会永远地保持它的值。只要有电，SRAM就会保持不变。
对干扰（光、电噪）不敏感
贵（需要晶体管多，密集度低）

DRAM 动态RAM

用作主存
有许多原因会导致DRAM单元漏电，因此内存系统必须周期性的通过读出然后重写，来刷新内存每一位。
对干扰敏感
便宜

ROM ：nonvolatile memory 非易失性存储器

非易失性存储器（nonvolatile memory）：即使在断电之后，仍然保存着他们的信息。（ROM就是非易失性存储器）
ROM：由于历史原因，虽然ROM中有的类型既可以读又可以写，但是他们整体上都被称为只读存储器（Read-Only Memory，ROM）
ROM以他们能被重新编程的次数和对他们重新编程所用的机制来区分。
- 可编程ROM (Programmable ROM，PROM)：只能被编程一次
- 可擦写可编程ROM（Erasable Programmable ROM，EPROM）：能够被擦除和重编程。（1000次）
- 电子可擦除PROM（Electrically Erasable Programmable ROM：EEPROM）。（100000次）：为大量电子设备提供快速而持久的非易失性存储，如数码相机，手机，笔记本，台式机等。
- 闪存（flash memory）：基于EEPROM的非易失性存储器。
- 固态硬盘（Solid State）：基于闪存的磁盘驱动器，提供相对于传统旋转磁盘的一种更快速、更强健和更低能耗的选择。
固件 firmware：存储在ROM设备中的程序。
- 当一个计算机系统通电之后，它会运行存储在ROM中的固件。
- 一些系统在固件中提供了少量的基本输入输出函数。如PC的BIOS例程。
  - BIOS,controllers for disks,network cards,graphics accelerators,security subsystems,…

有个之前没搞懂的问题，现在懂了
- RAM就是内存。SRAM 高速缓冲 DRAM 主存
- ROM不意味着硬盘
  - 旋转磁盘：不是基于ROM。是靠磁性物质
  - 固态硬盘：基于flash memroy。是ROM
- RAM、ROM都算半导体存储器利用逻辑电路读写，磁盘就是磁介质存储加上机械传动读写

Disk 磁盘

略

磁盘构造

盘片以固定速率旋转

磁盘（disk）由多个盘片（platter）组成。每个盘片有两个表面（surface），表面覆盖着磁性记录材料。
每个表面由多个同心环组成，被称为磁道（track）。
每个磁道由一组扇区（sector）组成。一组中的每个扇区被间隙（gap）分隔开。每个扇区包含数量相等的数据位；间隙不存储数据位。
磁盘：由一或多个盘片组成，封装起来。称为磁盘驱动器(disk driver)，也称为磁盘(disk)，也叫玄幻磁盘(rotating disk)（以区分固态硬盘ssd）

磁盘容量

磁盘容量：一个磁盘可以记录的最大位数
- 记录密度（recording density）：磁道一英寸的段可以放入的位数
- 磁道密度（track density）：从盘片中心出发半径一英寸的段内可以有的磁道数
- 面密度（areal density）：记录密度 * 磁道密度的乘积。
公式
单位 K M G T
- 对于DRAM、SRAM容量相关的计量单位：2^10进制，K=2^10,M=2^20,G=2^30
- 对于磁盘和网络这样的IO设备的容量计量单位：10^3进制，K=10^3,M=10^6,G=10^9,T=10^12

磁盘操作

大体有两个操作，一个是传动臂，一个是盘面
寻道：传动臂沿半径轴前后移动，驱动读写头定位任意一个磁道。称为寻道。
- 寻道是为了确定目标扇区所在磁道
- （即将读写头定位到正确柱面。柱面：所有盘片到主轴中心举例相等的磁道集合，即垂直看重合的磁道称为一个柱面）
盘面：以固定速率旋转。
- 盘面旋转是为了让扇区处于读写头下。
对磁盘的访问时间
- 寻道时间：寻道所花时间
- 旋转时间：寻道结束后，旋转扇区所花时间
- 传送时间：当目标山区第一个位位于读写头希望，驱动器就可以开始读或者写该扇区内容了。

逻辑磁盘块

Disk Controller：磁盘控制器。
- 维护逻辑块号码和物理扇区的关系。
- 控制器上的固件：将逻辑块号翻译成（盘片、磁盘、扇区）三元组
- 磁盘控制器上的硬件会解释这个三元组，将读写头移动到适当的柱面，等待扇区移动到读写头下，将读写狗感知的位放到控制器上的一个小缓冲区中，然后将他们复制到主存。

Solid State Disk (SSD) 固态硬盘

solid state disk 基于闪存实现的存储技术。
- 由一个或多个闪存芯片和闪存翻译曾组成。
- 闪存芯片 <—> 旋转磁盘的机械驱动盘
- 闪存翻译层 <—> 磁盘控制器
- ssd大部分取代旋转磁盘。

访问主存

总线

总线（bus）：数据流通过被称为总线的共享电子电路在处理器和DRAM主存之间传递。
- 一组并行的导线，可以携带地址，数据和控制信号。
- 数据和地址信号是否共享同一组导线，取决于总线的设计。同时，总线通常被不同设备共享。
- 控制线携带的信号会同步事务，并表示出当前正在被执行的事务的类型。
总线事务：每次cpu和主存之间的数据传送都是通过一系列步骤完成的，这些步骤，称为总线事务
- 读事务：数据从主存传送到cpu
- 写事务：数据从cpu->主存。
总共有三个总线
- 系统总线
- 内存总线
- IO总线

读事务

没画高速缓存L123

movq A,%rax：地址A的内容被加载入寄存器
- cpu芯片上被称为总线接口的的电路在总线上发起读事务
- 1. cpu将地址A放在系统总线上，IO桥将信号传递到内存总线
- 2. 主存感受到内存总线上的地址信号，从内存总线上读地址，然后从DRAM中取数据，并将数据写到内存总线；IO桥将内存总线的信号转化成系统总线的信号，然后通过系统总线传递给cpu
- 3. cpu感觉到系统总线上的数据，从总线上读数据，然后将数据复制到寄存器%eax

写事务

mov %rax,A：寄存器的内容被写入地址A
- cpu芯片发起写事务
- 1. cpu将地址A放在内存总线上，IO桥将信号传递到内存总线，DRAM主存从内存总线上读地址。DRAM然后等待数据信息到达。
- 1. cpu将数据信息放在系统总线上。
- 1. 主存从总线上读取字，并存储在地址A中。

访问磁盘

结构

**内存映射I/O(memory-mapped I/O)**：CPU使用该技术来向IO设备发射命令。
- 在使用内存映射io的系统中，地址空间有一块地址是为与io设备通信保留的。每个这样的地址称为一个IO端口。当一个设备连接到总线时，她与一个或多个这样的端口相关联。（或他被映射到一或多个端口）
- 这不是Linux的mmaped，我第一眼还以为是hhh

访问磁盘过程：

CPU 将【命令、逻辑块号、目的内存地址】写到【与磁盘相关联的】【内存映射地址】，发起一个【磁盘读】。
磁盘控制器读扇区，并执行到主存的DMA传送
- cpu发出请求后，在磁盘执行读的时候，通常会执行其他工作。
- DMA(direct memory access)传送：磁盘控制器收到cpu的读命令后，将逻辑块号翻译成一个扇区地址，读取该扇区内容，然后将这些内容传送给主存，无需cpu干涉。也即，设备可以自己执行读或写总线事务而无需cpu参与的过程。
当DMA传送完成时，磁盘控制器用中断的方式通知CPU
- 基本思想：中断会发出信号给cpu芯片的引脚，使得cpu暂停当前工作，将控制传递给一个os的例程。这个例程记录下IO已经完成，然后将控制返还给cpu刚刚被中断的地方。
例子：假设磁盘控制器映射到IO端口0xa0，随后cpu可能通过执行三个对地址0xa0的存储指令，发起磁盘读。
CPU执行三个对地址0xa0的存储指令，发起磁盘读
- 第一条指令是发送一个命令字，告诉磁盘发起一个读（还可能有其他参数，如是否中断cpu）。
- 第二条指令指明应该读取的逻辑块号。（磁盘控制器会找到相应物理扇区）。
- 第三条指令指明应该存储磁盘扇区内容的贮存地址。

Trend

内存和磁盘技术：增加密度（从而降低成本）比降低访问时间容易得多
SRAM的性能滞后于CPU的性能，但SRAM还在保持继续增长。
DRAM和磁盘的性能滞后于CPU的性能（时间），且差距逐渐增大。
现代计算机频繁使用基于SRAM的告诉缓存，试图弥补处理器-内存（cpu-memory）的之间的差距。（原理：程序的局部性属性）

Locality 局部性

分为时间局部性和空间局部性
时间局部性 (temporal locality)
- 在一个具有良好时间局部性的程序中，被引用过一次的内存位置很可能在不远的将来再被多次引用。（重复引用同一数据项）
空间局部性 (spatial locality)
- 在一个具有良好空间局部性的程序中，如果一个内存位置被引用了一次，那么程序很可能在不远的将来引用附近的一个内存位置。（引用邻近于最近使用过的数据项的数据项
评价局部性的简单原则
- data
  - 时间局部性良好：重新引用相同变量
  - 空间局部性良好：步长为k的引用模式，k越小越好（不在内存中大步长跳来跳去。
- instruction
  - 对于取指令来说，循环有好的时间局部性和空间局部性。
  - 循环体越小，循环迭代次数越多（相同频率下），局部性越好。

程序例子

对程序数据引用的局部性

变量sum
- 时间局部性很好：每次循环被引用一次
- 不存在空间局部性：sum是标量
变量v：
- 时间局部性很差：因为每个向量元素只被访问一次。
- 空间局部性很好
  - 步长为1的引用模式
看出时间局部性和空间起码占一样儿。
步长为1的引用模式（顺序访问一个向量）
- stride-1 reference pattern / sequential reference pattern
- 在一个连续向量中，每隔k个元素进行访问，称为步长为k的引用模式（stride-k reference pattern）
- k越大，空间局部性越差。
…

取指令的局部性

cpu需要从内存读出指令，所以我们也能够评价一个程序关于指令的局部性。
空间局部性：for循环体里的指令是按照连续的内存顺序执行的，因此循环有良好的空间局部性。
时间局部性：for循环体会被执行多次。（Loop:… goto Loop;）

#include <iostream>
#include<string.h>
#include<stdlib.h>

using namespace std;
class mystring
{
public:
    char *s;

    //一元操作符重载
    //重载1
    mystring (mystring &a){cout<<"wrong!"<<endl;}
    mystring (){}
    mystring operator=(const mystring &it)
    {   memset(s,0,1024);
        strcpy(s,it.s);
        cout<<"111"<<endl;
        return *this;
    }
};


int main()
{
    mystring s1;
    s1.s="111";
    mystring s2=s1;
    return 0;
}

因为"111"在rodata段，所以报错。

https://stackoverflow.com/questions/26672661/for-write-back-cache-policy-why-data-should-first-be-read-from-memory-before-w

https://xiaolincoding.com/os/1_hardware/cpu_mesi.html#%E5%86%99%E5%9B%9E

不落辰

csapp_6_存储器层次结构

Storage technologies 存储技术

Random-Access Memory（RAM）随机访问存储器

SRAM 静态RAM

DRAM 动态RAM

ROM ：nonvolatile memory 非易失性存储器

Disk 磁盘

磁盘构造

磁盘容量

磁盘操作

逻辑磁盘块

Solid State Disk (SSD) 固态硬盘

访问主存

总线

读事务

写事务

访问磁盘

结构

访问磁盘过程：

Trend

Locality 局部性

程序例子

对程序数据引用的局部性

取指令的局部性