深入理解计算机系统（六）
作者：互联网
- 访问主存
数据流通过称为 总线（bus） 的共享电子电路在处理器和DRAM主存之间来来回回。每次CPU和主存之间的数据传送都是通过一系列步骤来完成的，这些步骤称为 总线事务（bus transaction）。读事务（read transaction） 从主存传送数据到CPU。写事务（read transaction） 从CPU传送数据到主存。
计算机系统的主要部件有CPU芯片、IO桥接器（芯片组，包括内存控制器），以及组成主存的DRAM内存模块。
当CPU执行如下读事务会发生什么？
m
o
v
q
A
,
%
r
a
x
movq\ A,\%rax
movq A,%rax
读事务是由以下三个步骤组成的。
当CPU执行如下写事务会发生什么？
m
o
v
q
%
r
a
x
,
A
movq\ \%rax,A
movq %rax,A
写事务是由以下三个步骤组成的。
6.1.2 磁盘存储
- 磁盘构造
- 磁盘容量
一个磁盘上可以记录地最大位数称为它的最大容量，简称容量。
- 记录密度（recording density）（位/英寸）：磁盘一英寸的段中可以放入的位数。
- 磁道密度（track density）（道/英寸）：从盘片中心出发半径上一英寸的段内可以有的磁道数。
- 面密度（areal density）（位/平方英寸）：记录密度与磁道密度的乘积。
读/写磁盘内容时：
磁盘以扇区大小的块来读写数据 。对扇区的访问时间：
- 寻道时间：移动传动臂所需的时间。依赖于读/写头以前的位置和传动臂在盘面上移动的速度。
- 旋转时间：驱动器 等待目标扇区的第一个位旋转到读/写头下。依赖于当读/写头到达目标扇区时盘面的位置以及磁盘的旋转速度。
- 传送时间：当目标扇区的第一个位位于读/写头下时，驱动器就可以开始读或者写该扇区的内容了。依赖于旋转速度和每条磁道的扇区数目。
- 逻辑磁盘块
线代磁盘将它们复杂的构造呈现为一个简单的视图，一个B个扇区代销的逻辑块的序列，编号为0，1，…，B-1。磁盘封装中有一个硬件/固件设备，称为磁盘控制器，维护着逻辑块号和物理磁盘扇区之间的映射关系。
当操作系统想要执行一个I/O操作时，发送一个命令到磁盘控制器，控制器上的固件执行一个快速表查找，将一个逻辑块号翻译成一个 （盘面，磁道，扇区）的三元组，这个三元组唯一标识了对应的物理扇区。
- 连接I/O设备
虽然I/O总线比系统总线和内存总线慢，但是它可以容纳种类繁多的第三方I/O设备。
- 通用串行总线（Universal Serial Bus，USB）控制器：连接到USB总线的设备的中转机构。
- 图形卡（或适配器）：包含硬件和软件逻辑，负责代表CPU在显示器上画像素。
- 主机总线适配器：将一个或多个磁盘连接到I/O总线，使用的是一个特别的主机总线接口定义的通信协议。两个最常用的磁盘接口SCSI和SATA。
- 访问磁盘
CPU使用一种称为内存映射 的技术来向I/O设备发射命令。在使用内存映射I/O的系统中，地址空间中有一块地址是为与I/O设备通信保留的。每个这样的地址称为一个I/O端口。当一个设备连接到总线时，它与一个或多个端口相关联（它被映射到一个或多个端口）。
其中，设备可以自己执行读或者写总线事务而不需要CPU干涉的过程，称为直接内存访问（Direct Memory Access，DMA）。这种数据传送称为DMA传送。
6.1.3 固态硬盘
固态硬盘（Solid State Disk，SSD） 是一种基于闪存 的存储技术。SSD封装插到I/O总线上标准硬盘插槽（通常是USB或SATA）中。一个SSD由一个或多个闪存芯片和闪存翻译层组成，闪存芯片替代传统旋转磁盘中的机械驱动器，而闪存翻译层是一个硬件/固件设备，扮演与磁盘控制器相同的角色，将对逻辑块的请求翻译成对底层物理设备的访问。
如下图，一个闪存由B个块的序列组成，每个块由p页组成。通常，页的大小是512字节 ~ 4KB，块是由32 ~ 128页组成，块的大小为16KB ~ 512KB。数据是以页为单位读写的。 只有在一页所属的块整个被擦除之后，才能写这一页（通常是指该块中的所有位都被设置为1）。
读SSD比写要快。随机读和写的性能差是由底层闪存基本属性决定的。
随机写很慢有两个原因：
- 擦除块需要相对较长时间，1ms级，比访问页所需时间要高一个数量级
- 如果写操作试图修改一个已有数据的页p，那么这个块中所有带有用数据的页都必须被复制到一个新（擦除过）块，然后才能进行对页p写。
优点： 固态硬盘由半导体存储器构成，没有移动的部件，因而随机访问时间比旋转磁盘要快，能耗更低，同时也更结实。
缺点：因为反复写之后，闪存块会磨损，所以SSD也容易磨损。
标签：计算机系统,闪存,总线,扇区,磁道,理解,深入,磁盘,CPU 来源： https://blog.csdn.net/Kiefer_lin/article/details/120634491