隨機(jī)訪問存儲(chǔ)器 Random-Access Memory,RAM
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靜態(tài)RAM（SRAM）
速度比動(dòng)態(tài)的RAM要快，但是也貴得多，通常作為高速緩存存儲(chǔ)器。
電路類似于下面的圖，只有兩個(gè)狀態(tài)是穩(wěn)定的，其他狀態(tài)都是不穩(wěn)定的，從不穩(wěn)定狀態(tài)開始，電路會(huì)迅速地轉(zhuǎn)移到兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)的其中一個(gè)。每位用六晶體管來實(shí)現(xiàn)。
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SRAM只要有電，就會(huì)永遠(yuǎn)保持它的值，有干擾的電壓也不會(huì)改變值，干擾消除時(shí)，電路就會(huì)恢復(fù)穩(wěn)定。
動(dòng)態(tài)RAM（DRAM）
DRAM將每個(gè)位存儲(chǔ)為對(duì)一個(gè)電容的充電，這個(gè)電容非常小，對(duì)干擾非常敏感，當(dāng)電容的電壓被擾亂之后，它就無法恢復(fù)了。
很多原因會(huì)導(dǎo)致漏電，所以內(nèi)存系統(tǒng)必須周期性地通過讀出，然后重寫刷新內(nèi)存每一位。
每位一個(gè)晶體管。-
傳統(tǒng)DRAM
為了方便尋址，將DRAM芯片中的單元（位）劃分為d個(gè)超單元，每個(gè)超單元都由w個(gè)DRAM單元組成。超單元被組織成一個(gè)r行c列的長方形陣列，rc = 。每個(gè)單元有形如(i,j)的二維地址。
取值的時(shí)候先傳送i，再傳送j，再通過(i,j)取值。這樣可以減少引腳的數(shù)量，但是需要加倍的傳送時(shí)間。
內(nèi)部有一個(gè)行緩沖區(qū)，比如讀取(2,1)的時(shí)候，會(huì)先將2讀入內(nèi)部行緩沖區(qū)，再將列1讀出發(fā)給內(nèi)存控制器。
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內(nèi)存模塊
將多個(gè)DRAM組合成一個(gè)內(nèi)存模塊，例如將8個(gè)8Mx8的DRAM組成64M的內(nèi)存模塊，8個(gè)芯片編號(hào)0-7,每個(gè)超單元存儲(chǔ)主存的一個(gè)字節(jié)，一個(gè)地址(i,j)表示的是64位。內(nèi)部將64位組合成8字節(jié)返回給內(nèi)存控制器。
image.png 非易失性存儲(chǔ)器
斷電后仍然可以保存數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器。
ROM中有的類型既可以讀，也可以寫，但是被統(tǒng)稱為只讀存儲(chǔ)器(Read-Only Memory）。
- PROM（Programmable ROM)只能被編程一次。
- 可擦寫可編程ROM（Erasable Programmable ROM，EPROM）可以寫入與擦除次數(shù)達(dá)1000次。
- 電子可擦除PROM（Electrically Erasable PROM，EEPROM），可以達(dá)10^5次編程次數(shù)。
- 閃存(flash memory）是基于EEPROM的存儲(chǔ)器
存儲(chǔ)在ROM中的程序稱為固件（firmware），當(dāng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通電后機(jī)會(huì)運(yùn)行存儲(chǔ)器在ROM中的固件。
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訪問主存
數(shù)據(jù)流通過稱為總線(bus)的電路在CPU和DRAM主存之間來來回回。每次傳送數(shù)據(jù)的一系列步驟稱為總線事務(wù)（bus transaction）。讀事務(wù)從主存?zhèn)魉蛿?shù)據(jù)到CPU。寫事務(wù)從CPU傳送數(shù)據(jù)到主存。
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I/O橋包括內(nèi)存控制器。
movq A,%rax的具體過程：
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旋轉(zhuǎn)磁盤
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每個(gè)盤片有兩面，有磁性記錄材料。每個(gè)同心圓都是一個(gè)磁道（track），每個(gè)磁道被劃分為一組扇區(qū)（sector）。多個(gè)半徑相等的磁道被稱為一個(gè)柱面（cylinder）。
磁盤為了對(duì)操作系統(tǒng)隱藏復(fù)雜性，將磁盤構(gòu)造呈現(xiàn)為一個(gè)簡單的視圖，一個(gè)B個(gè)扇區(qū)大小的邏輯塊的序列，序號(hào)為0,1，...，B-1。磁盤中有一個(gè)固件設(shè)備，稱為磁盤控制器，扶著維護(hù)邏輯塊號(hào)與實(shí)際磁盤扇區(qū)之間的映射關(guān)系，會(huì)將邏輯塊號(hào)翻譯成一個(gè)（盤面，磁道，扇區(qū)）三元組。
局部性(locality)
時(shí)間局部性（temporal locality）：被引用過一次的內(nèi)存位置很可能在不遠(yuǎn)的將來再被多次引用。
空間局部性（spatial locality）：如果一個(gè)內(nèi)存位置被引用了一次，那么程序很可能在不遠(yuǎn)的將來引用附件的一個(gè)內(nèi)存位置。
此種程序具有較好的局部性：sum具有時(shí)間局部性，a數(shù)組具有空間局部性。但是如果將a[i][j]變?yōu)?a[j][i]那么空間局部性很可能會(huì)降低。
存儲(chǔ)器層次結(jié)構(gòu)
- 緩存
高速緩存（cache）是一個(gè)小而快速的存儲(chǔ)設(shè)備，它作為存儲(chǔ)在更大、也更慢的設(shè)備中的數(shù)據(jù)對(duì)象的緩沖區(qū)域。使用高速緩存的過程稱為緩存（caching）。
- 緩存命中：在第k層的某些塊中找到了要訪問的第k+1層的數(shù)據(jù)對(duì)象d，就是緩存命中。
- 緩存不命中：如果第k層中沒有數(shù)據(jù)對(duì)象d，就是緩存不命中。此時(shí)要從k+1層中取出包含d的那個(gè)塊，放到第k層中緩存起來，如果緩存已滿，則需要一定的替換策略（replacement policy）進(jìn)行覆蓋，例如LRU，最近最少被使用。
- 緩存不命中的種類
沖突不命中：一定的放置策略導(dǎo)致無法命中。
容量不命中：緩存太小。
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高速緩存存儲(chǔ)器
image.png 有關(guān)寫的問題
當(dāng)更新了緩存的字w，如何寫回低一層的副本中呢？直寫（write-through)，立即將w的高速緩存塊寫回到第一層中。
寫回（write-back），當(dāng)替換算法要替換這個(gè)更新過的塊時(shí)，才寫到第一層中。必須維護(hù)一個(gè)額外的修改位（dirty bit），表明是否被修改過。
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真實(shí)高速緩存層次結(jié)構(gòu)
真實(shí)的高速緩存可以分為i-cache（只保存指令），d-cache（只保存數(shù)據(jù)），統(tǒng)一高速緩存（都可以保存）
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