計算機系統的學習-筆記1

計算機系統漫遊

1、併發和並行
併發：指一個同時具有多個活動的系統
並行：指的是用併發來使一個系統運行的更快。

2、計算機三個層次實現併發和並行
（1）線程級併發
（2）指令級並行
通過藉助於流水線（pipelining）技術，將執行一個指令所需要的活動劃分爲不同的步驟，將處理器的硬件組織成一系列的階段，每一個階段執行一個步驟，這些階段可以並性地操作。
（3）單指令、多數據並行
允許一條指令產生多個可以並行執行的操作
3、抽象概念很核心
抽象使人不需要關注計算機底層的硬件和操作系統的複雜性。文件是對IO設備的抽象表示，虛擬內存是對主存和磁盤IO設備的抽象表示，進程是對處理器、主存和IO設備的抽象表示。
4、局部性原理
包括時間局部性和空間局部性，如果寫的代碼能夠符合局部性原理，則執行效率也能提升不少，下面給一個體現空間局部性的例子。

寫代碼的時候，很多時候優化措施就是利用了局部性原理，只是沒有明確地用這個概念來說，比如加緩存就是利用了局部性原理。

	public class SolutionTest {

    public static void main(String[] args) {
        int size = 10000;
        int[][] arr = new int[size][size];

        int sum = 0;
        long start = System.currentTimeMillis();
        for(int i = 0; i < size; i++) {
            for(int j = 0; j < size; j++) {
                sum += arr[i][j];
            }
        }
        // 按行遍歷二維數組花費110ms
        System.out.println((System.currentTimeMillis() - start));

        sum = 0;
        start = System.currentTimeMillis();
        for(int i = 0; i < size; i++) {
            for(int j = 0; j < size; j++) {
                sum += arr[j][i];
            }
        }
        // 按列遍歷花費實現2100ms
        System.out.println((System.currentTimeMillis() - start));
    }

}

手動跑上面的程序，可見按行遍歷的時間明顯比按列遍歷花費的時間少的多。因爲對於多維數組，在內存中數組是按行順序存儲的，按行遍歷明顯符合空間局部性。

5、隨機訪問存儲器
（1）SRAM（靜態隨機訪問存儲器）
常用與計算機的高速緩存部分，是非易失性的存儲器，只要有點，它就會永遠保持它的值。
（2）DRAM（動態隨機訪問存儲器）
易失性，數據需要週期性的通過讀出，重寫來刷新內存的每一位，SRAM單元比DRA單元需要更多的晶體管。
（3）增強型的DRAM

• 快頁模式DRAM（Fast Page Mode DRAM，FPM DRAM）
  對同一行的連續訪問可以直接從行緩存區得到服務
• 擴展數據輸出DRAM（Extended Data Out DRAM, EDO DRAM）
  和FPM DRAM類似，只是讓CAS信號在時間上更緊密些
• 同步DRAM（Synchronous DRAM, SDRAM）
• 雙倍數據速率同步DRAM（Double Data-Rate Synchronous DRAM， DDR SDRAM）
  是對SDRAM的一種增強，通過使用兩個時鐘沿作爲控制信號，從而使DRAM的速度翻倍，後面還有DDR、DDR2、DDR3、DDR4等（用提高有效帶寬的很小的預取緩存區的大小來劃分的）。

6、磁盤存儲
（1）磁盤構造

• 盤片
• 表面（每個盤片有兩個表面）
• 磁道（每個表面上有非常多的磁道）
• 扇區（每個磁道又可以劃分爲非常多的扇區）

每個磁道上的扇區數是相同的，而每個扇區數存放的位數也是相同的，這樣計算總的存儲非常方便