六、存储系统
什么是层次化存储结构？
寄存器，速度最快，效率最高，容量极小，属于最高层
Cache，是高速缓存存储器，从上往下，最上面速度最快，最下面容量最大
拿掉Cache，也能运行，因为CPU能够直接和内存进行交换，但是这样速度会变慢十倍或者百倍
通常K，M为单位
为什么会这样，加了Cache就能提升运行速度？
是由于局部性原理的存在，程序可能会不断地执行相同块中的内容，这就是时间局部性，比如循环结构就有这种特性。
如果循环语句调入Cache中，CPU不用频繁和内存交互，这样速度能极大提升
属于一种性价比方案
什么叫按内容存取？
存的时候，不同内容存到不同区域，读取时，通过内容可以算出内存存放在哪个块中，也叫做相联存储器，速度效率高于普通的按地址存取的方式，
在计算机的存储系统体系中，Cache是访问速度最快的层次
（注意，考试会考这一点，寄存器因为容量太小，不作为访问速度最快的层次考虑）
系统平均周期如何计算？
先回答什么是命中率
CPU读取数据时，会先从Cache中去找，如果找到了，这叫做命中
命中率就是读取Cache时，能够获取到需要数据的概率
假设Cache的访问命中率，是95%，用h表示
t1表示Cache的周期时间，假设是1ns
t2表示主存储器，也就是内存的周期时间，假设是1ms，也就是1000ns
那么，以读取操作为例，使用“Cache+主存储器”的系统的平均周期为t3
则，t3 = h*t1 +(1-h) *t2
= 95% * 1ns + 5% * 1000ns
= 50.95 ns
如果没有引入Cache，则存取周期高达1000ns，也就是t2的时间
引入Cache之后，速度提高将近20倍！
什么是局部性原理？
局部性原理产生于某一时段，集中地访问某些指令时
1、时间局部性：刚刚访问完的指令，再次访问
例如
int i,s=0; //初始化语句，执行一次即可
for (i=1; i< 1000; i++)
for(j=1; j<1000 ; j++)
s+= j;
//循环体语句，可能要执行到100万次，如果这一部分调入Cache中，这一百万次都不需要从内存中交互了
printf (“结果为：%d”,s)
2、空间局部性：
对数组的处理会比较明显
当程序访问一个空间时，立即访问它临近的空间，这叫做空间局部性
在数组中，初始化时，对A数组，空间A0，A1，A2，依次初始化为0，就会出现这种情况
存储器有哪些分类？
内存，属于随机存储存储器
特点是断电后数据清除
而存储BIOS的芯片，就是ROM
什么是主存的编址？
就是把芯片，组成相应的存储器
8*4位的存储器
表示共有8个地址空间
每个地址空间可以存4个比特位的信息
两个这种存储器拼到一起，组合成8*8位的存储器
一共还是有8个地址空间
只不过每个地址空间可以存8个比特位的信息
当然也可以竖着拼接：
如何计算有多少个地址单元？
举个简单的例子，已知内存地址从0到9，那么地址单元个数，就是9-0+1，为10个
同理地址单元个数，是C7FFFH - AC000H +1
先把前面的加上1，变成C8000H - AC000H ，这样方便计算
十六进制的减法：
C8000H -
AC000H
后面4位一样，先不管，居然是不变，都是000H，这一点后面再仔细看看…
8-C，借1位，就是8+16-C（也就是12）= C（还是12）
C借走1位，变B，B-A =1
整个值就是1C 000H，这是地址空间的个数
问有多少K个，就是1C 000H除以 1024，也就是2的10次方
1C 000H换算成十进制，用按权展开法，注意H并不是一个位，见Day7-【软考】计算机组成与体系结构开篇
十六进制的几个数值分别是65536，4096， 256，16，1
= 65536 + 12* 4096
=2的10次方 * 2的6次方 +2的10次方 * 2的2次方 *12
直接除去2的10次方
多少K的大小就是2的6次方 + 2的2次方*12
就是64+4 *12= 112
算这个不太容易，进制转换还是有点麻烦…
第二问，总容量是112K *16
也就是内存地址按16bit编址的意思
需要28个芯片，组成这个内存地址块
每个芯片，是16K地址单元，每个地址单元的地址位设为x
也就是 28* 16K *x = 112K *16
x=4
也就是说，按照4bit来进行编址的意思
要多做几个题目来进行理解…
什么是磁盘？
机械硬盘，也属于磁盘
SSD固态硬盘不属于磁盘了
（
- 传统磁盘：一般指机械硬盘（HDD），它以磁性介质作为存储数据的载体，通过磁头在高速旋转的盘片上进行数据的读写操作，盘片通常由铝合金或玻璃等材料制成，并涂有磁性材料。
- SSD 固态硬盘：使用闪存芯片来存储数据，闪存是一种基于半导体技术的存储介质，具有电子可擦除可编程的特性，不需要机械运动来定位数据存储位置。
）
磁盘存取时间如何计算？
1、磁头要找到正确的磁道
这是寻道时间
2、一个磁道分为很多扇区，旋转磁盘到对应的扇区
这是等待时间，算的是平均定位时间+转动延迟时间
例题如下：
物理块，就是扇区
处理11个记录的最长时间，
一圈33ms，共11个扇区，那么一个扇区3ms
读完一个扇区，需要3ms
单缓存区就是只有一个缓存区，读取出一个扇区之后，放到缓存区，缓存区的处理，又需要3ms，这是题目中说的，每个记录处理时间是3ms，不然其他的记录是进不来的
等缓存的R0处理完，R1刚刚过了，想处理R1，需要再等一圈，这么麻瓜
R0的读取，处理，并且把指针又定位到R1的开始位置，用时，就是一整圈，加上一个R0的转动时间，不就是33ms+3ms
R1类似，一直到R9，都是这样
（33ms+3ms）*10
R10，只需要读取3ms，加上处理完3ms，共6ms
所有加起来，一共366ms
要修改记录的分布情况，优化时间
感觉太麻烦了，这个题目还是跳过好了…
就是交错开，不要缓存R0的3ms时，把R1给跳过了，间隔一个放R1，就刚好不会跳过
没有其他时间浪费
读取+处理，共6ms
一共11条记录，也就是66ms
反而计算变简单了
（说这种题在考试中出过很多次了）
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