2017-2018-1 20155314 《信息安全系统设计基础》第13周学习总结

学习目标

找出全书你认为最重要的一章，深入重新学习一下，要求（期末占10分）：

• 完成这一章所有习题
• 详细总结本章要点
• 给你的结对学习搭档讲解你的总结并获取反馈

第6章学习要点：

• 了解常见的存储技术（RAM、ROM、磁盘、固态硬盘等）
• 理解局部性原理
• 理解缓存思想
• 理解局部性原理和缓存思想在存储层次结构中的应用
• 高速缓存的原理和应用

本章要点详细总结

第6章 存储器层次结构

6.1 存储技术

6.1.1 随机访问存储器

1. 随机访问存储器(RAM)(易失性存储器)
   • 静态RAM(SRAM)
   • 动态RAM(DRAM)
   • 传统的DRAM
   • 内存模块(MM)
   • 增强的DRAM
     • 快页模式DRAM(FPM DRAM)
     • 扩展数据输出DRAM(EDO DRAM)
     • 同步DRAM(SDRAM)
     • 双倍数据速率同步DRAM(DDR SDRAM)
     • 视频RAM(VRAM)
2. 只读存储器(ROM)(非易失性存储器)
   • 可编程ROM(PROM)
   • 可擦写可编程ROM(EPROM)
   • 电子可擦除PROM(EEPROM)
   • 闪存(FLASH)
   • 固态硬盘(SSD)
3. 访问主存
   

6.1.2 磁盘存储

1. 磁盘构造
   
2. 磁盘容量
   • 记录密度(recording density)(位/英寸)
   • 磁道密度(track density)(道/英寸)
   • 面密度(areal density)(位/平方英寸)
   计算公式：
3. 磁盘操作
   
   • 寻道时间
   • 旋转时间
   • 传送时间
4. 逻辑磁盘块

5. 连接I/O设备

   连接到总线的设备：
   • 通用串行总线(USB)
   • 图形卡(或适配器)
   • 主机总线适配器
   • 其他设备(如网络适配器)

6. 访问磁盘
   
   

   6.1.3 固态硬盘

   

   6.1.4 存储技术趋势

   • 不同的存储技术有不同的价格和性能折中
   • 不同存储技术的价格和性能属性以截然不同的速率变化着

6.2 局部性

• 局部性原理
• 两种不同的形式：
  • 时间局部性
  • 空间局部性
• 有良好局部性的程序比局部性差的程序运行得更快

6.2.1 对程序数据引用的局部性

• 随着步长的增加，空间局部性下降

6.2.2 取指令的局部性

6.2.3 局部性小结

• 重复引用相同变量的程序有良好的时间局部性
• 对于：
  • 具有步长为k的引用模式的程序，步长越小，空间局部性越好
  • 具有步长为1的引用模式的程序有良好的空间局部性
  • 在内存中以大步长跳来跳去的程序的空间局部性会很差
• 对于取指令来说，循环有好的时间和空间局部性。循环体越小，循环迭代次数越多，局部性越好

6.3 存储器层次结构

• 存储技术
• 计算机软件
• 典型的存储器层次结构
  

6.3.1 存储器层次结构中的缓存

• 缓存命中
• 缓存不命中
• 缓存不命中的种类
• 缓存管理

6.3.2 存储器层次结构概念小结

• 利用时间局部性
• 利用空间局部性

6.4 高速缓存存储器

6.4.1 通用的高速缓存存储器组织结构

6.4.2 直接映射高速缓存

6.4.3 组相联高速缓存

6.4.4 全相联高速缓存

6.4.5 有关写的问题

6.4.6 一个真实的高速缓存层次结构的解剖

6.4.7 高速缓存参数的性能影响

6.5 编写高速缓存友好的代码

6.6 综合：高速缓存对程序性能的影响

6.6.1 存储器山

6.6.2 重新排列循环以提高空间局部性

6.6.3 在程序中利用局部性

了解三种常见存储技术：RAM/ROM/磁盘；
RAM有SRAM和DRAM，特点和应用；
ROM有PROM，EPROM，E2PROM，FLASH；
磁盘是重点，涉及到后面的i/o和文件系统，做好相关练习
磁盘结构：盘片、磁道、扇区、间隙、柱面；磁盘驱动器
磁盘容量
访问时间：寻道、旋转、传送
逻辑磁盘块：这个很重要，内存可以看成字节数组、磁盘可以看成块数组
总线
数据总线、控制总线、地址总线
系统总线、存储总线、I/O总线：p395图要理解
读写事务：P389图要能理解

6.2 节
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”
数据引用局部性
取指令局部性
6.3 节
存储层次结构：系统观(1+1>2)（举一反三：对称不对称加密形成的混合加密系统，混合动力汽车...）
中心思想：每层存储设备都是下一层的“缓存”
对照p408的表理解
6.4节
高速缓存结构（S，E，B，m）：高速缓存组、高速缓存行、块
映射
命中
缓存管理

本章考试错题总结（CH06）

1. 有关高速缓存的说法正确的是()

   A. 高速缓存的容量可以用C=SEB来计算

   B. 高速缓存容量为2048，高速缓存结构为( 32 ，8，8，32)

   C. 直接映射高速缓存要:组选择、行匹配、字抽取

   D. 当程序访问大小为2的幂的数组时，直接映射高带缓存中常发生冲突不命中

   【错选】A B C

   【答案】A C D

2. The following table gives the parameters for a number of di erent caches. For each cache, determine the number of cache sets (S), tag bits (t), set index bits (s), and block o set bits (b)
   

   A. 第三行S为1

   B. 第一行t为24

   C. 第二行b为5

   D. 第三行s的值为0

   【错选】A D

   【答案】A C D

   【解析】p427

3. 下面说法正确的是（）

   A. CPU通过内存映射I/O向I/O设备发命令

   B. DMA传送不需要CPU的干涉

   C. SSD是一种基于闪存或Flash的存储技术

   D. 逻辑磁盘块的逻辑块号可以翻译成一个（盘面，磁道，扇区 ）三元组。

   【错选】B C D

   【答案】A B C D

   【解析】p413 411

4. 有关磁盘操作，说法正确的是（）

   A. 对磁盘扇区的访问时间包括三个部分中，传送时间最小。

   B. 磁盘以字节为单位读写数据

   C. 磁盘以扇区为单位读写数据

   D. 读写头总处于同一柱面

   【错选】A C D

   【答案】A C

   【解析】p409

上周考试错题总结

实验测试

1. 实验4，Linux中通过把设备抽象成文件来简化操作的，我们可以用open/read/write/close来像访问文件一样访问设备， 这里需要一个结构提供设备驱动程序接口，这个结构是（）

   A. struct file

   B. struct inode

   C. struct file_operations

   D. struct UTMP

   【错选】B

   【答案】C

   【解析】在系统内部，I/O设备的存取操作通过特定的入口点来进行，而这组特定的入口点恰恰是由设备驱动程序提供的。通常这组设备驱动程序接口是由结构file_operations结构体向系统说明的，它定义在include/linux/fs.h中

2. 实验1中使用mount命令时，会涉及到（）的修改。

   A. /etc/fstab

   B. /etc/hosts

   C. /etc/passwd

   D. /etc/exports

   【错选】B

   【答案】D

   【解析】nfs服务器的配置，配置文件/etc/exports：

   ro 该主机对该共享目录有只读权限

   rw 该主机对该共享目录有读写权限

   root_squash 客户机用root用户访问该共享文件夹时，将root用户映射成匿名用户

   no_root_squash 客户机用root访问该共享文件夹时，不映射root用户

   all_squash 客户机上的任何用户访问该共享目录时都映射成匿名用户

   anonuid 将客户机上的用户映射成指定的本地用户ID的用户

   anongid 将客户机上的用户映射成属于指定的本地用户组ID

   sync 资料同步写入到内存与硬盘中

   async 资料会先暂存于内存中，而非直接写入硬盘

   insecure 允许从这台机器过来的非授权访问

3. 实验1中需要交叉编译，因为程序要在ARM实验箱的Linux中执行，交叉编译是在ARM实验箱中完成的，hello程序也是在ARM实验箱中执行的。

   A. 正确

   B. 错误

   【错选】A

   【答案】B

   【解析】交叉编译在UBuntu虚拟机中完成，执行是在ARM实验箱的Linux中完成。

4. 实验1：mount -t nfs -o nolock 192.168.0.56:/root/share /host，其中的IP是（）的IP

   A. Windows 宿主机

   B. Ubuntu虚拟机

   C. ARM实验箱

   D. 以上都不对

   【错选】A

   【答案】B

   【解析】嵌入式开发中，通过nfs系统把Ubuntu虚拟机的一个目录映射成ARM实验箱的Linux系统的一个目录进行调试是一个惯用法，程序调试没有问题了，再烧写到实验箱的Linux的系统中，这样实验箱重启了程序也可以用了。

5. 实验1中Windows宿主机，Ubuntu虚拟机，ARM实验箱三者IP要在同一网段，操作中是根据（）的IP来确定网段的。

   A. Windows 宿主机

   B. Ubuntu虚拟机

   C. ARM实验箱

   D. 以上都可以

   【错选】A

   【答案】C

   【解析】ARM实验箱的IP修改要重新烧录Linux系统，Windows 宿主机，Ubuntu虚拟机的IP比较容易修改，所以我们在超级终端中通过ifconfig查看ARM实验箱的IP，把Windows 宿主机，Ubuntu虚拟机的IP改成和ARM实验箱同一个网段。

结对学习中的问题和解决过程

学习搭档（20155323）无法打开Y86-64模拟器界面

解决方法

这是Y86-64模拟器的Makefile中配置GUI相关路径错误导致的，解决方法是将两个GUI路径分别设置为TKLIBS=-L/usr/lib -ltk8.5 -ltcl8.5和TKINC=-I/usr/include/tcl8.5即可，如下图：

成功打开Y86-64模拟器：

代码托管

本周结对学习情况

• 20155323
• 结对学习内容
  - 教材第6章 存储器层次结构

学习进度条

尝试一下记录「计划学习时间」和「实际学习时间」，到期末看看能不能改进自己的计划能力。这个工作学习中很重要，也很有用。
耗时估计的公式
：Y=X+X/N ，Y=X-X/N，训练次数多了，X、Y就接近了。

参考：软件工程软件的估计为什么这么难，软件工程 估计方法

• 计划学习时间:5小时

• 实际学习时间:2小时

参考资料

• 《深入理解计算机系统V3》学习指导
• IEEE 754 Calculator
• GNU Linux核心命令和工具的源代码路径
• mac 自带 ftp工具