20165220 《信息安全系统设计基础》第9周学习总结

Posted 2021-01-24 brs6666

教材学习内容总结

1.存储器系统(memorysystem)是一个具有不同容量、成本和访问时间的存储设备的层次结构。CPU寄存器保存着最常用的数据。靠近CPU的小的、快速的高速缓存存储器(cache memory)作为一部分存储在相对慢速的主存储器(mainmemory,简称主存)中的数据和 指令的缓冲区域。主存暂时存放存储在容量较大的、慢速磁盘上的数据，而这些磁盘常常又作为存储在通过网络连接的其他机器的磁盘或磁带上的数据的缓冲区域。 一般来说，如果你的程序需要的数据是存储在CPU寄存器中的，那么在指令的执行期间，在零个周期内就能访问到它们。如果存储在高速缓存中，需要1?30个周期。如果存储在主存中，需要50?200个周期。而如果存储在磁盘上，需要大约几千万个周期

2.随机访问存储器

       随机访问存储器（Random-AccessMem)分为两类：静态的和动态的。静态RAM (SRAM)

       比动态RAM(DRAM)更快，但也贵得多。SRAM用来作为高速缓存存储器，既可以在CPU芯片上，也可以在片下。

静态存储器

       SRAM将每个位存储在一个双稳态的（bitable)存储器单元里。每个单元是用一个六晶体管电路来实现的。

动态RAM

       DRAM将每个位存储为对一个电容的充电。这个电容非常小，通常只有大约30毫微微法拉 (femtofarad)——30*10^15法拉。不过，回想一下法拉是一个非常大的计量单位。DRAM存储 器可以制造得非常密集——每个单元由一个电容和一个访问晶体管组成。

非易失性存储器

       如果断电，DRAM和SRAM会丢失它们的信息，从这个意义上说，它们是易失的（volatile)。另一方面，非易失性存储器（nonvolatilememory)即使是在关电后，也仍然保存着它们的信息。

       PROM (Programmable ROM,可编程ROM)只能被编程一次。PROM的每个存储器单元有一种熔丝（fUse),它只能用高电流熔断一次。可擦写可编程ROM (Erasable Programmable ROM, EPROM)有一个透明的石英窗口，允许 光到达存储单元。EPROM能够被擦除和重编程的次数的数量级可 以达到 1000 次。电子可擦除 PROM (Electrically Erasable PROM, EEPROM)类似于 EPROM,但是它不需要一个物理上独立的编程设备，因此可以直接在印制电路卡上编程。EEPROM能够 被编程的次数的数量级可以达到105次。闪存（flash memory)是一类非易失性存储器，基于EEPROM,它已经成为了一种重要的存储技术。

访问主存

        数据流通过称为总线(bus)的共享电子电路在处理器和DRAM主存之间来来回回。每次CPU和主存之间的数据传送都是通过一系列步骤来完成的，这些步骤称为总线事务（bustransaction)0 读事务（read transaction)从主存传送数据到 CPU。写事务（write transaction)从CPU传送数据到主存。

IO桥是将系统总线的电子信号翻译成存储器总线的电子信号。

3.

磁盘存储

       磁盘是由盘片（platter)构成的。每个盘片有两面或者称为表面（surface),表面覆盖着磁性记录材料。盘片中央有一个可以旋转的主轴（spindle),它使得盘片以固定的旋转速率 (rotational rate)旋转，通常是 5400?15000 转每分钟（Revolution Per Minute, RPM)0磁盘通常包含一个或多个这样的盘片，并封装在一个密封的容器内。

      一个典型的磁盘表面的结构。每个表面是由一组称为磁道（track)的同心圆组成的。每个磁道被划分为一组扇区（sector)。每个扇区包含相等数量的数据位（通常是512字 节)，这些数据编码在扇区上的磁性材料中。扇区之间由一些间隙（gap)分隔开，这些间隙中不存储数据位。间隙存储用来标识扇区的格式化位。

磁盘有一个或多个叠放在一起的盘片组成，他们被封装在一个密闭的包装里，如上图的(b)所示，整个装置称为磁盘驱动器，我们简称磁盘。SSD(固态硬盘是没有移动的部分的)。

磁盘容量：

磁盘操作：

        盘用读/写头（read/write head)来读写存储在磁性表面的位，而读写头连接到一个传动臂（actuator arm) —端，如图6-10a所示。通过沿着半径轴前后移动这个传动臂，驱动器可以将 读/写头定位在盘面上的任何磁道上。这样的机械运动称为寻道（seek)。一旦读/写头定位到了 期望的磁道上，那么当磁道上的每个位通过它的下面时，读/写头可以感知到这个位的值（读该位)，也可以修改这个位的值（写该位)。有多个盘片的磁盘针对每个盘面都有一个独立的读/写头，如图6-10b所示。读/写头垂直排列，一致行动。在任刻，所有的读/写头都位于同一个柱面上。

 

 

 磁盘以扇区大小的块来读写数据。对扇区的访问时间(access time)主要有三个部分：寻道时间(seek time)、旋转时间(rotational time)和传送时间(transfer time)。

访问磁盘：

 在磁盘控制器接收到CPU的读命令后，它将逻辑号翻译成一个扇区地址，读该扇区的内容，然后将这些内容直接传送到主存，不需要CPU的干涉，这个过程称为直接存储器传送(Direct Memory Access, DMA)，这种数据传送称为DMA传送。

4.

固态硬盘

       固态硬盘（Solid State Disk, SSD)是一种基于闪存的存储技术

5.

存储器层次结构中的缓存

       数据块总是以块大小为传送单位(transfer unit)在第k层和第k+1层之间来回拷贝。

6.高速缓存存储器