儲存器層次結構 --《深入理解計算機系統》第六章讀書筆記

1.幾種儲存技術

• 隨機訪問儲存器RAM，RAM又分為兩類：靜態的SRAM和動態的DRAM。
  • 靜態SRAM特點：容量較小，速度較之動態DRAM要快很多，故而價格也較高。一般用作CPU與記憶體的快取。
  • 動態DRAM特點：容量較大，速度比SRAM慢，價格相對較低。一般用作系統記憶體。
• 磁碟儲存，存檔屬於外部I/O裝置，其特點是儲存容量大，但讀取速度更慢，價格也更加便宜。一般而言，從磁碟上讀資訊的時間為毫秒級，從DRAM讀比從磁碟讀快10萬倍，從SRAM讀比從磁碟讀快100萬倍。
  • 因為磁碟的構造是一個圓盤，盤上分佈著一條條磁軌（不同半徑就有不同的磁軌），每次訪問都要找到相應的磁軌，然後磁碟旋轉到對應的啟示位置，故而，磁碟扇區訪問時間=尋道時間+旋轉時間+傳輸時間。

2.區域性性

　　在程式中，程式傾向於引用鄰近於其他最近引用過的資料項的資料項，或者就是最近引用的資料項本身，這種傾向，稱為區域性性原理。打個比方，在如下一個二維陣列的迴圈中，迴圈1的區域性性就比迴圈2的更優秀。

/*有良好區域性性的程式*/
int loop1( int array[M][N] ){
    int i = 0,j = 0,sum = 0;
    for( i = 0;i < M;i++ ){
        for( j = 0;j < N;j++ )
            sum += a[i][j];
    return sum;
}

/*區域性性很差的程式*/
int loop2( int array[M][N] ){
    int i = 0,j = 0,sum = 0;
    for( i = 0;i < M;i++ ){
        for( j = 0;j < N;j++ )
            sum += a[j][i];
    return sum;
}

 　　程式區域性性可以總結為以下：

• 重複引用一個變數的程式有良好的時間區域性性。
• 對於具有步長為k的引用模式的程式，步長越小，空間區域性性越好。相對得，在儲存器中以大步長跳來跳去的程式空間區域性性會很差。
• 對於取指令來說，迴圈有好的時間和空間區域性性。迴圈體越小，迴圈迭代次數越多，區域性性越好。

3.快取記憶體儲存器

　　隨著CPU與主存之間的速度差距不見增加，故而早期的系統設計者被迫在CPU暫存器和主存之間插入了一個小的SRAM告訴快取儲存器。而後來隨著系統內部各儲存器結構之間速度差距的不斷增大，快取這項技術也被用到了各儲存器結構之間，比如磁碟和記憶體。

　　快取是為了減少各儲存器層次結構之間的速度差異而存在的，其作用就是在訪問更低階的儲存器結構的時候，直接低層次儲存器結構的一個較大的塊存放到快取儲存器中。這樣，下次要訪問之前資料的鄰近資料時，就能快速得從快取儲存器中得到資料。要編寫區域性性良好的程式也是基於這個原因。