CSAPP-06存储器层次结构

存储技术：

SRAM
DRAM
ROM
旋转的/固态的硬盘

重点：

高速缓存存储器：对应用程序的性能影响最大。
局部性
存储器山

存储技术

随机访问存储器

随机访问存储器（Random-Access Memory，RAM）：

静态RAM（SRAM）：快、贵，作为高速缓存存储器，既可以在CPU芯片上，也可以在片下。一般不会超过几兆字节。
动态RAM（DRAM）：慢、便宜，作为主存以及图形系统的帧缓冲区。几百或几千兆字节。

静态RAM

SRAM将每个位存储在一个双稳态的（bistable）存储器单元里。每个单元是用一个六晶体管电路来实现的。这个电路有这样一个属性，它可以无限期地保持在两个不同的电压配置或状态之一。其他任何状态都是不稳定的——从不稳定状态开始，电路会迅速地转移到两个稳定状态中的一个。

由于SRAM存储器单元的双稳态特性，只要有电，它就会永远地保持它的值。即使有干扰（例如电子噪音）来扰乱电压，当干扰消除时，电路就会恢复到稳定值。

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。

DRAM存储器单元对干扰非常敏感，当电容的电压被扰乱之后，它就永远不会恢复了。暴露在光线下会导致电容电压改变。实际上，数码照相机和摄像机中的传感器本质上就是DRAM单元的阵列。

内存模块

DRAM芯片封装在内存模块中，它插到主板的扩展槽上。Core i7系统使用的240个引脚的双列直插内存块，它以64位为块传送数据到内存控制器和从内存控制器传出数据。

非易失性存储器

可檫写编程ROM（Erasable Programmable ROM，EPROM）；
闪存（flash memory），基于EEPROM

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。

总线事务（bus transaction）
- 读事务
- 写事务

磁盘存储

连接IO设备

通用串行总线（Universal Serial Bus，USB）
图像卡（或适配器）
主机总线适配器

访问磁盘

内存映射I/O（memory-mapped I/O）。
直接内存访问（Direct Memory Access，DMA）。

固态硬盘

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

局部性

一个编写良好的计算机程序常常具有良好的局部性。也就是，它们倾向于引用邻近于其他最近引用过的数据项的数据项，或者最近引用过的数据项本身。

时间局部性
空间局部性

对程序数据引用的局部性

#define M 3
#define N 2

// 具有良好局部性的程序
// 地址：    0      4       8       12      16      20
// 内容：    a00    a01     a02     a10     a11     a12
// 访问顺序：1      2       3       4       5       6
int sum_array_rows(int a[M][N])
{
    int i, j, sum = 0;

    for (i = 0; i < M; i++)
    {
        for (j = 0; j < N; j++)
        {
            sum += a[i][j];
        }
    }
    return sum;
}

// 空间局部性很差
// 地址：    0      4       8       12      16      20
// 内容：    a00    a01     a02     a10     a11     a12
// 访问顺序：1      3       5       2       4       6
int sum_array_cols(int a[M][N])
{
    int i, j, sum = 0;

    for (j = 0; j < N; j++)
        for (i = 0; i < M; i++)
        {
            {
                sum += a[i][j];
            }
        }
    return sum;
}