存儲系統層次結構
主存速度緩慢的原因：主存增速與 CPU 不同步，執行指令期間多次訪問主存
主存容量不足的原因：
- 存在制約主存容量的技術因素：如由 CPU、主板等相關技術指標規定了主存容量
- 應用對主存容量需求不斷擴大：window98 -- 8M，windows 8 -- 1G
存儲體系結構化層次：CPU -- Cache1 -- Cache2（解決速度） -- 主存 -- 輔存（解決容量）
存儲體系結構化層次理論基礎：
- 時間局部性：程序體現為循環結構
- 空間局部性：程序體現為順序結構
主存中的數據組織
存儲字長：主存的一個存儲單元所包含的二進制位數，目前大多數計算機主存按字節編址，主要由32為和64位
數據存儲與邊界的關系：
- 按邊界對齊的數據存儲
- 未按邊界對齊的數據存儲
邊界對齊與存儲地址的關系：（32 位為例）
- 雙字長邊界對齊：起始地址最末三位為 000（8 字節整數倍）
- 單字長邊界對齊：起始地址最末二位為 00（4 字節整數倍）
- 半字長邊界對齊：起始地址最末一位為 0（2 字節整數倍）
大端與小端存儲方式：
- 大端：最高字節地址是數據地址（0123 存成 0123）
- 小端：最低字節地址是數據地址（0123 存成 3210）
存儲器分類
- SRAM存儲器：存取速度快，但集成度低，功耗大，做緩存
DRAM存儲器：存取速度慢，但集成度高，功耗低，做主存
DRAM刷新方式：集中刷新、分散刷新、異步刷新
主存容量的擴展
- 位擴展法：8K * 8位 --> 8K * 32位
- 字擴展法：8K * 8位 --> 32K * 8位
- 字位同時擴展法：8K * 8位 --> 32K * 32位
Cache的基本原理
cache的工作過程
- 數據：cpu 與 cache 交換字，cache 與內存交換塊
- 讀：命中，不命中
- 寫：寫穿策略，寫回策略
寫策略
- 寫穿策略（write through）：同時寫緩存和內存，好像穿過緩存一樣。若不命中，先寫到主存中，並選擇性地同時分配到緩存中（寫分配/非寫分配）
- 寫回策略（write back）：寫到緩存后不管了，只有當緩存的內容替換回主存時再管，需有臟位。好像隔段時間后再寫回到主存中一樣
地址映射機制
- 相聯存儲器：地址本身包含着位置啊可比較的信息啊等內容信息，可根據區分地址內容進行尋址
- 主存地址 = 塊地址 + 塊內偏移地址 = （Tag + Index） + 塊內偏移地址
- cache結構
- 好多行，每行與主存塊大小相等
- 每行 = tag + data + valid + dirty
三種映射方式
- 全相聯：cache行號 = random（內存塊號）
- 直接相聯：cache行號 = 內存塊號 % cache行數
- 組相聯：兩者結合。8 行 1 路組相聯就是全相聯，8 行 8 路組相聯就是直接相聯
替換算法
- 先進先出法 - FIFO
- 最近最不經常使用法 - LFU
- 近期最少使用法 - LRU
- 隨機替換法
虛擬存儲器
- 解決問題：主存容量不足。希望向程序員提供更大（比主存大）的編程空間
- 分類：頁式，段式，段頁式
- 頁式實現方式：MMU（Memory Management Unit） + 頁表 + TLB（Transaction Lookaside Buffer：地址轉換后備緩沖器）
- 頁式轉換過程：虛擬地址 = 虛擬頁號 + 頁內偏移 ==> 物理頁號 + 頁內偏移
RAID
- 概念：獨立磁盤構成的具有冗余能力的陣列（Redundant Arrays Independent Disks）
- 核心技術：使用異或運算恢復數據 （x ⊕ y = z --> x = y ⊕ z）
- 分類：
RAID0：條帶均勻分布
磁盤 0 磁盤 1 磁盤 2 磁盤 3 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9 D10 D11 RAID1：以鏡像為冗余方式
磁盤 0 磁盤 1 D0 D0 D1 D1 D2 D2 RAID3/4：有校驗盤
磁盤 0 磁盤 1 磁盤 2 校驗磁盤 D0 D1 D2 P0 D3 D4 D5 P1 D6 D7 D8 P2 RAID5：校驗信息分布式
磁盤 0 磁盤 1 磁盤 2 磁盤 3 D0 D1 D2 P0 D3 D4 P1 P5 D6 P2 D7 D8 P3 D9 D10 D11 - RAID10/01：10 是先鏡像再條帶化，01 是先條帶化再鏡像
RAID50：先 RAID5，再條帶化