概念
存储系统
解决成本-速度-容量之前的矛盾问题
寄存器–cache–内存–硬盘–外存储
局部性原理
- 时间局部：相邻的时间访问同一个数据
- 空间局部：相邻的空间地址会被连续访问
cache
cpu与主存之间，命中cache后就不需要访问主存，但是cpu还是访问内存地址，这个时候需要需要做映射转换。
映射方法：主存地址转换为cache地址，由硬件自动完成，要解决主存很大，但是cache很小的问题。
- 直接映射，主存先分区后分块与cache等分成块编号，主存区和cache块形成一对多的关系，每个主存块只有一个固定区可存放，容易产生冲突，使Cache效率下降。
- 全相连映射，主存任何一块与cache中任意一块对应，主存的各块可以映射到Cache的任一块中，Cache的利用率高，块冲突概率低。
- 组组相连（类似给cache加索引），组间采用直接映射，主存和cache都进去分组，组内使用全相连映射，适度兼顾二者的优点，尽量避免二者的缺点。
cache替换算法
- 随机替换 ：随机数发生器产生一个替换
- 先进先出 ：最先进入cache信息替换出来
- 最近最少使用 ：最少使用cache信息替换出来
- 优化替换：先统计cache替换情况，再一次选择替换信息
磁盘结构和参数
一个磁盘由多个盘片叠加而成。一个盘片可能会有两个盘面。，每个盘面多个同心圆，每个同心圆就是一个磁道，每个同心圆划分多个扇区，数据存放到上扇区中。
调度算法：寻找磁道
读取数据的时间=寻道时间+旋转时间，寻道时间最长
- 寻道时间：磁头移动到磁道
- 等待时间：等待读写的扇区转到磁头下方
- 先来先服务FCFS：进程请求先后顺序
- 最短寻道时间优先SSTF：请求的磁道与当前磁道最近优先调度，磁道相同，顺序读取扇区号
- 扫描算法SCAN：“电梯算法”选择磁头最近的请求磁道，向上或向下一个方向移动完后掉头
- 单向扫描算法CSCAN：不根据请求，只单向移动
输入输出技术
内存与外设接口地址的编址方法
- 独立编址：内存地址和接口地址各自独立地址空间，指令也独立不同
- 统一编址：公用一个地址空间，不区分指令
计算机和外设间的数据交互
- 程序控制查询方式：cpu主动查询外设是否完成数据传输，效率低。
- 程序中断方式：外设完成后，向cpu发送中断，等待cpu处理数据，效率相对较高。
- DMA直接主存存取：数据传输整个过程由DMA控制器完成，在主存与外设直接建立数据通道，效率很高。
一条指令结束后才会响应中断，一个总线周期结束后才会响应DMA请求
总线结构
总线是指计算机设备和设备之间传输信息的公共数据通道，总线上的设备所有共享
- 内部总线：内部芯片总线，芯片与处理器之间
- 系统总线：计算机各部分的连接（PCI）
- 数据总线：并行传输数据位数
- 地址总线：系统可管理的内存空间大小
- 控制总线：传输控制命令
- 外部总线：微机和外部设备的连接（usb、SCSI）
计算
cache命中率及平均时间
90%几率命中读取cache时间为一次1ns，10%不命中读取内存数据时间1000ns，读取一次的平均时间？
（1ns * 90%+1000ns * 10%）ns
磁盘
- 不需要考虑寻道时间，磁头已经在R0磁道
- 每个扇区读取时间=33/11=3ms
- 顺序旋转处理记录，而读取+执行=6ms，必然无法顺序执行，因为执行3ms后旋转已经转到R2，每次读取需要旋转一次从R0-R2-R4…R10-R1-R3…-R9，为了顺序执行，就需要每次旋转，以此类推，因为每次磁道都不是顺序停留在想要的位置上。
- 3 R0读取时间+3 R0执行时间+(10 * 3 旋转一次等待时间+3 读取时间+3 执行时间)* 10 旋转10次才能都读取完=6+36*10=366
- 优化逻辑记录间隔存放R0-R2-R4…-R9，结果就是（3+3）*11=66
某系统中磁盘的磁道数为200 (0~199)，磁头当前在184号磁道上。用户进程提出的磁盘访问请求对应的磁道号依次为184、187、176、182、199。若采用最短寻道时间优先调度算法 (SSTF) 完成磁盘访问，则磁头移动的距离（磁道数）是（ ）。
最近排序是：184-182-187-176-199（187对比176和199分别距离是11和12），计算 |184-184|+|182-184|+|187-182|+|176-187|+|199-176|=0+2+5+11+23=41
