《深入理解計算機系統》筆記（二）記憶體和快取記憶體的原理【插圖】
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《深入計算機系統》筆記（一）主要是講解程式的構成、執行和控制。接下來就是運行了。我跳過了“處理器體系結構”和“優化程式效能”，這兩章的筆記繼續往後延遲！
《深入計算機系統》的一個很大的用處是：給了我們很多定義式的解釋，或者稱之為科學的解釋，這將成為我的理論依據；不再是網上一些自稱老手的閒聊了。不愧是計算機最牛逼的大學卡內基-梅隆大學的教材。
該blog跳過第四章CPU的結構，第五章優化程式效能，也沒有詳細討論快取記憶體的機制。
六、儲存器層次結構
有必要將儲存器層次結構再次列出來：
快取記憶體的“行”、“塊”和“組”是什麼意思？參考本bolg最下面“快取記憶體的物理邏輯圖”
字：一個word的意思，IA32中指的是16位，
塊：是一個固定大小的資訊包，在快取記憶體和主存之間來回傳送。塊包含32~64個位元組。所以記憶體中只是資訊，成為塊
行：快取記憶體中儲存塊已經其他資訊的容器。所以，行總是一個塊的大小，通常“行”和“塊”可以互換使用。結合上圖快取記憶體既有塊和其他資訊，稱之為“行”
組：是一個或者多個行
---》之前知識停留在RAM和ROM，現在再往前推進一步RAM也分為靜態SRAM和動態的DRAM。SRAM主要用於快取記憶體DRAM用於記憶體
SRAM將每個位儲存在一個雙穩態的儲存器單元裡。每個單元是用一個六個電晶體電路來實現。它可以無限期地保持在兩個不同的電壓配置或狀態之一。就是說只要有電，他就會永遠地保持它的值。即使有干擾，例如電子噪音、擾亂電壓，當干擾消除時，電路就會恢復到穩定值。下圖說明了“雙穩態的”效果，採用倒擺的時鐘。
難道這個原理可以解釋：電磁干擾造成電視畫面錯亂，手機訊號干擾麼？
DRAM將沒位儲存為一個電容，這個電容非常小，通常只有30毫微微法拉。與SRAM不同的是DRAM的儲存單元對干擾非常敏感。當電容電壓沒擾亂之後，他就永遠無法恢復了。所以DRAM需要不斷重新整理電容。暴露在光線下會導致電容電壓改變。實際上，數碼照相機和攝像機中的感測器本質上就是DRAM單元的陣列。【驚訝】
無論如何SRAM和DRAM都是易失的（volatile）
下面討論DRAM的讀取機制：
這種二維陣列的缺點是：必須分兩步傳送地址，增加儲存時間。
---》DDR2和DDR3的記憶體的區別。Double data-rate synchronous DRAM頻寬分別是4位和8位。DDR3也分為1333MHz和1600MHz
---》磁碟，略過。
---》DRAM和磁碟的效能滯後於CPU的新能，雖然他們的效能都在增長。
這也就是為什麼CPU和記憶體之間的快取記憶體一直增多。
---》人們發現無法像以前那樣增大CPU的時鐘頻率了，計算機制造商撞上了“能量牆”因為如果那樣晶片的功耗會太大。所以多核就出現了，多核出現後CPU的時鐘有所減少，並區域平緩。但是有效CPU週期時間還是像之前的速率增長。
---》快取記憶體執行機制。p（406）
---》緩衝區命中。
為什麼第二次啟動程式要比第一次快的多，就是因為緩衝區命中的原理。第一次啟動後很多資料還停留在多級緩衝區中，這個時候如果再次啟動就會減少資料移動次數，也就減少程式的啟動時間。從上圖中我們發現，有部分資料存在與快取記憶體中，就不用從記憶體中取了。
舉例子：灌溉小麥，使用100米的水渠（普通水渠，不是水泥那種），假如水泵出水是固定的。
第一次使用時，水渠中的水前進很慢，走完100米的水渠大約需要10分鐘，這是因為：有一些水會損失掉，即被滲到水渠下面的泥土中了。這部分水可以看作是“高階快取”中的水。
第二次（時間較短）再灌溉小麥時，水渠的水走的很快，花費了2分鐘，因為相對於第一次來說，水渠不需要王下面滲很多水了。如果時間長了，隔了2天，水渠中的滲的水再往下滲。
第三次灌溉（時間較長），同樣需要一些水滲到水渠下泥土裡面，所以，還是需要10分鐘。
用計算機中的例項：當一條載入指令指示CPU從記憶體地址A讀出一個字時，他將地址A傳送給快取記憶體。如果快取記憶體證儲存著A處的地址的按個拷貝，它就立即將那個字發給CPU。這要比從記憶體中讀取快很多。
---》core i7的快取記憶體層次結構
注意：只儲存指令的快取記憶體i-cache，只儲存資料的快取記憶體叫d-cache。既儲存指令又儲存資料的成為統一的快取記憶體。
就像第一章說的那樣快取記憶體至關重要，特別是“緩衝區命中”這個技術如果優化好了，速度將會很大改進。
快取記憶體的物理邏輯圖：
---》直接對映快取記憶體p（410）
根據E（快取記憶體行）快取記憶體被分為不同的類。每個組只有一行(E=1)的快取記憶體唄稱為直接對映快取記憶體 雖然一個整形可能在暫存器中，而整形陣列，則可能存在與快取記憶體中。
---》衝突不命中。請看下面的例子：
float dotprod(float x[8], float y[8])
{
float sum = 0.0;
int i;
for(i = 0;i < 8;i++)
sum += x[i] * y[i];
return sum;
}原書中可能錯誤的地方不算多，但也影響到閱讀的心情。
p406圖6-24少了一個10的單元格，12單元格重複
p403圖6-21 a)函式名字應該為：int sumarraycol(int a[m][n]).
p199第一行最後應該為“偏移量”