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6 存储器层次结构


**基本而持久的思想:**如果理解了系统是如何将数据在存储器层次结构中上上下下移动的,那么你就可以编写你的应用程序,是的他们的数据项存储在层次结构较高的位置,从而CPU更快的访问他们

6.1 存储技术

SRAM:做高速缓存,利用双稳态存储单元,有电就永保其值,即使有干扰

DRAM:做主存或图形系统的帧缓存,利用电容,对干扰敏感,需要刷新

闪存:非易失性村粗器

SSD

磁盘: 访问时间=寻道时间+旋转时间+传送时间

磁盘驱动器为何着逻辑块号和实际物理磁盘扇区之间的映射

一个典型SSD的性能特征:顺序读写性能行相当,顺序读比顺序写稍微快;随机写比随机读慢一个数量级

6.2 局部性

局部性原理是一个持久性的概念

程序员应该理解局部性原理,有良好局部性的程序比局部性差的程序运行的更快

寄存器 -> 高速缓存 -> 主存 -> 本地磁盘 -> CDN -> 代理服务器 -> server -> DB

步长为1的引用模式是空间局部性常见和重要的来源

6.3 存储层次结构

数据总是以块为传输单元在不同层次之间来回拷贝,更远的层次使用较大的块,弥补较长的访问时间

利用时间局部性:同一个对象可能被多次访问,所以一次发生不命中后,会加载到缓存,期待以后访问迅速

利用空间局部性:该对象附近的对象后面也有可能被访问,所以更新缓存的时候是用block作为单元

6.4 高速缓存

高速缓存的基本单元是缓存行 cache line , 每个cache line有有效位,标记位,数据块组成。

高速缓存的容量大小不包括有效位和标记位在内。

如何知道缓存是否命中,标记和地址对应的标记一样并且缓存行有效

映射方式,计算命中率,考研的时候这些东西很熟悉

直写 write through , 写回 write back

6.5 cache友好代码

  • 对局部变量的反复引用是好的
  • 步长为1的引用模式是好的

6.6 高速缓存对程序性能的影响

存储器山:不同工作集 和 存取步长 对 读性能的 影响

mountain.c

  • 将注意力集中在内循环上,大部分的计算和存储访问都发生在这里
  • 按行优先,步长1
  • 一旦从存储器读入了一个数据对象,就尽可能多的使用它