计算机存储系统简介
存储器系统是 不同容量，成本和访问时间的存储设备的层次结构。 包括最快的寄存器，高速缓存存储器和主存储器以及磁盘等。 随机访问存储器： 包括静态存储器和动态存储器（静态RAM和动态RAM）, 静态RAM（SRAM）: 采用双稳态的存储器单元，由六个晶体管电路实现，可以无限期的保持两个不同电压配置或者状态，常用语高速缓存动态RAM(DRAM): 使用电容的充电来存储记录，但是容易受到外界干扰，所以存储时间很短10-100毫秒，但是计算机处理速度在纳秒级别，所以对于计算机也够用了。 因为晶体管使用较少，所以造价更便宜，内存更大。常用语主存储器。DRAM: 一块常规的DRAM芯片： 一般被分成d个超单元，每个超单元包含w位， 如 一个 16*8 的芯片，表示一共有16个超单元，每个超单元存储8位，总计存储164位。 一般会给16个芯片组合成4*4的阵列。而计算机会根据 [i,j] 来定位哪个位置。 如 [2,1] 表示第3行第2个超单元，取出8位一个字节的内容。存储器模块：再往上组装，一般会 设置 8个 DRAM芯片 为一组， 如 8个 16*8的 芯片组成一组，8个芯片编号为0-7， 如果模块收到 取 [i,j]的位置的数据， 就会遍历8个芯片，每个芯片都取出 自己的 [i,j] 位置的一个字节数据，然后组装成 8*8一共64位的数据。从模块传出去。新技术： SDRAM: 同步DRAM， DDR SDRAM双倍数据速率同步DRAM等 都会使访问速度比原来更快。
8. 非易失性存储器： 如果断电：SRAM和DRAM都会丢失信息，是易失的。 虽然可以写，但是习惯称为只读存储器（ROM） 。 根据能够被重新编写的次数可以分为 可编程ROM 和 可擦写可编程ROM
9. 可编程ROM(PROM) : 是一种熔丝，只能存储一次10. 可擦写可编程（EPROM） : 是石英窗口，允许光到达存储单元。通常是机械硬盘11. 电子可擦除PROM ： 不需要物理上独立的编程设备，可以直接在印制电路卡上编程，次数更高100000次，更小可以在手机等设备插入。
访问主存
数据流通过总线的共享电路，在处理器和DRAM主存之间来来回回，每次CPU和主存之间数据传输通过一系列步骤完成，称为 总线事务读事务：从主存传输数据到CPU写事务：从CPU传输数据到主存。
4. 总线是并列的导线，能携带地址。数据。和控制信号。 cpu的系统总线外接 i/o 桥接器，能转发到i/o设备，或者存储器主存等。5. move A，%eax 将地址A的数据赋值给寄存器经过怎样的流程呢？ 首先CPU执行到这条指令，总线接口处会发起一个读事务，读事务由三个步骤组成， 首先a将地址A放到系统总线；b,经过桥接器转发给主存储器，主存接收到地址后，从DRAM中取出数据并协会到存储器总线。 桥接器把总线信号翻译成系统总线信号，传输给系统总线。最后c将数据写到寄存器中6. move %eax, A， 将发起写事务， 首先将地址传给存储器，主存接收到后等待数据字。 然后将数据字放到总线上传给主存。 最后主存读到数据后存储到地址A
磁盘存储：
磁盘能存储大量的数据， 但是速度却很慢，从磁盘读信息大概几毫秒， 比从DRAM慢10万倍，比SRAM慢100万倍。磁盘的构成盘片：一个盘片有两面，面上有磁性记录材料，面上又分多个圈，每个圈是一个磁道，类似古老唱片是的，每个磁道又分一组扇区，每个扇区存储固定大小数据。每个磁盘由n个磁片构成，然后密封到一个包装中，通过主轴转动来读写数据。整个装置称为磁盘驱动器或磁盘。磁盘容量： 一个磁盘，5个盘片，每个面有20000条磁道，每个磁道平均300个扇区，每个扇区512字节。容量是 5* 20000 *300 * 512访问磁盘：磁盘是通过inter 的PCI(外围设备互联)总线这样i/o总线连接到cpu和主存的。 同系统总线和存储器总线不同，pci这种io总线设计如底层CPU无关， 虽然io总线比系统总线和存储器总线慢，但是却可以连接种类繁多的第三方io设备： 如USB(通用串行总线)控制器将设别连接到USB的电路， 图形卡（显卡）包含硬件和软件逻辑，用来绘制图像， 磁盘控制器包含硬件和软甲逻辑，用来读写磁盘io设备的访问： CPU使用一种存储器映射io的技术，向io设备发射命令。 在存储器映射 io的系统中，地址空间中有一块地址是为io设备通信保留的。每个这样的地址称为io端口。 读取磁盘的过程是： a.cpu通过将命令，逻辑块号和目的存储器地址写到磁盘相关联的存储器映射地址，发起一个磁盘读。 b 磁盘控制器读扇区，并执行到准村的DMA传送， c，当DMA传输完成时，磁盘控制器发起一个中断通知CPU.细节说明：假设磁盘控制器的端口地址是0xa0，CPU通过执行三个对地址0xa0的存储指令，发起磁盘读：第一条指令告诉发起读以及是否读完中断等。 第二个指令指明读的逻辑块号（也就是唯一的位置）， 第三个指令应该指明应该存储数据的主存的地址。在磁盘读数据，转针找数据的过程中，很慢，CPU一般会做点其他的事情，阻塞的话很浪费cpu。当磁盘接收到读命令之后，将逻辑块号翻译成扇形地址，取出数据发给主存，不需要CPU干涉，这个设备可以自己完成读或者写总线事务，称为DMA(直接存储器访问)。 这种数据传送称为DMA传送。当数据传完，磁盘控制器会发给CPU一个中断信号到CPU芯片的一个外部管脚上，会导致CPU暂停它当前正在做的工作，跳转到一个操作系统函数。这个函数会记录io操作已经完成，并把控制返回到被中断的地方
高速缓存
局部性：编写良好的计算机程序倾向于局部性，倾向于引用的数据项邻近于其他最近引用过得数据项。包含时间局部性和空间局部性两种， 一个存储器位置，可能在不久的将来再次被引用多次使用局部性的原理，计算机会使用高速缓存存储器来保存最近引用的指令和数据项，从而提高主存的访问速度。局部性的原理有很多应用： 高速缓存， 主存来缓存常用的磁盘块， 或者web服务器会缓存最近使用的文档。代码中使用局部性：循环数组的局部性： 步长为1的局部性更好， 按照内存顺序的二维数组比跳的顺序访问局部性要好。取指令的局部性： 类似循环的指令，会被执行多次，拥有比较好的局部性。循环体越小，次数越多，局部性越好。
存储器层次结构：
存储器是分层的，越上层的速度越快，越小，越下层的速度越慢，容量越大。
传送单元（块）：数据在k和k+1层的传输总是以固定大小传输的。比如L0 和 L1 之间固定1个字节传送数据块，而L1和L2之间会以4-8个字节。k层会缓存k+1层的块数据，如L0会缓存L1层1个字节的块数据，而L1会缓存L2层4-8个字节的块数据缓存命中：当程序需要k+1层的某个数据对象时，如果k层的缓存中有这个块，则认为是缓存命中缓存未命中：会从k+1层取出这个数据块，然后尝试放在k层，如果k层空间已满，会覆盖掉一个块。缓存管理：缓存未命中是有替换策略的，越靠近cpu的通常是由硬件自己去替换的，主存之类的往往是软件去决定替换策略的，如mysql的文件管理。高速缓存的例子：如果遍历一个数组，步进是1，高速缓存取出一个块是4个长度，那么再循环的时候，相当于数组0是未命中，然后取数据到高速缓存中，在访问数组1，2，3都是在高速缓存中直接命中，速度更快了，如果步进增加，那么可能越过高速缓存。 这个只是举例，有的高速缓存很大，可以直接缓存整个数组，那么就速度更快了，所以现在计算机追求更大的高速缓存。
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