【存储技术】RAM、磁盘存储、固态硬盘

《CSAPP》 6.1 存储技术

1、随机访问存储器

1) RAM分类

• 分为静态的（SRAM）和动态的（DRAM）。
  SRAM更贵更快更稳定，主要用于高速缓存寄存器，DRAM主要用于主存和图形系统的帧缓冲区。

2) 内存模块

• DRAM芯片封装在内存模块中，多个内存模块连接到内存控制器能够聚合成主存。
• 断电，RAM的信息会丢失。从而有非易失性存储器如闪存，ROM，其中ROM也分为很多种。
  存储在ROM设备中的程序称为固件。当通电后，就会运行存储在ROM中的固件，如BIOS例程就是在固件中。

3) 读事务和写事务

• 读事务
  

• 写事务：即从CPU传数据到主存。
  

2、磁盘存储

1) 逻辑磁盘块

• 逻辑磁盘块即（盘面，磁道，扇区）的三元组，磁盘中的硬件，磁盘控制器维护着逻辑块号和实际磁盘扇区之间的映射关系。
• 采用逻辑磁盘块的好处是对操作系统隐藏了具体的磁盘信息，因为磁盘又是盘面，扇区，磁道等复杂的东西，操作系统不需要管这些，所以只需要用逻辑磁盘块进行磁盘的访问就可以了，具体的操作定位交给磁盘控制器。

2) 访问磁盘

• CPU用内存映射I/O的技术来向I/O设备发射命令。
• 采用DMA（直接内存访问）进行数据传输，可以有效的避免让CPU等待造成的大量浪费。
  即CPU发送一个访问请求，然后磁盘就去找到数据并通过I/O总线将数据用DMA方式交给主存，与此同时CPU去做其他的事情，不用等待这个数据。当数据读取到主存后，磁盘控制器会给CPU发送一个中断信号（就是发射一个信号到CPU芯片的外部引脚上），然后CPU再响应中断去执行对应的工作。
  

3、固态硬盘

1) 固态硬盘浅析

• 固态硬盘（Solid State Disk，SSD）是一种基于闪存的存储技术。
  （闪存就是一类非易失性的存储器，基于EEPROM，即就是断电了它的信息不会丢失，就像ROM那样，它为大量的电子设备提供快速持久的非易失性存储，手机、相机等都用。）
  注意：读固态硬盘比写要快。
• 为什么写要慢一些呢？
  数据是以页为单位读写的，只有在一页所属的块被擦除后才能写数据。如果要写数据到某页，擦除块需要时间，并且要把这些原有的数据复制到新的块，这里又要时间。

2) 固态盘为什么快

• 我们常说固态盘快，那么是为什么呢？
  SSD由半导体存储器构成，没有移动的部件，不像传统的磁盘是旋转读取数据，SSD不需要移动，并且能耗更低，也更结实。

小知识

访问数据的速度：CPU寄存器 > 高速缓存 > 主存 > 磁盘
有更好的局部性的程序往往运行得更快。
高速缓存存储器是作为CPU和主存之间的缓存区域，对应用程序性能的影响最大。

参考

《深入理解计算机系统》第6章.存储器层次结构