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  • 2.4 IA-32微机的构成

    2009-10-16 19:41:00
    1.试描述外部缓存。 介于内存和CPU之间的过渡存储器,用户提高CPU读取性能。 2.那种intel处理器是在PCI总线诞生之后出现的?...供视频显示使用的存储器位于什么地方? 在视频适配器,也就是显卡上 5.试描述一

    1.试描述外部缓存。

    介于内存和CPU之间的过渡存储器,用户提高CPU读取性能。

    2.那种intel处理器是在PCI总线诞生之后出现的?

    PCI总线由intel 在1992年开发,而奔腾处理器产生于1993年。

    3.在主板芯片组中,intel8259的功能是什么?

    处理来自硬件的请求,产生CPU中断

    4.供视频显示使用的存储器位于什么地方?

    在视频适配器,也就是显卡上

    5.试描述一下CRT视频监视器的光栅扫描?

    电子束照亮屏幕上的荧光点,电子枪从屏幕的最顶端开始从左向右扫描,然后关闭,之后从下一行开始从左向右扫描。

      水平回归值得是扫描一行结束后,电子枪关闭的时间。当扫描完成最后一行,电子枪关闭从新开始从第一行开始扫描。

      这个关闭的时间叫垂直回归。

    6.说出本章中提到的4种类型的RAM名称?

    ROM :只读

      EPROM:通过紫外线可以檫除

      DRAM:动态RAM,普通内存

      SRAM:静态,二级缓存,不需要刷新

      VRAM:视频ram,双端口,刷新的同时可以写数据。

      CMOS RAM,电池供电,保存硬件信息。

    7.那种类型的RAM用于二级缓存?

    SRAM

    8.和串行和并行设备相比,USB设备有哪些优点?

    智能,传输速度快

    9.两种USB接头的名称是什么?

      A=upstream   B= downstream

    10.那种芯片用来控制串行口?

      16550 UART

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  • 什么是CMOS

    2021-01-20 05:41:57
    CMOS是什么意思?它在电子和计算机领域中都有应用,还有在像机的镜头方面也有应用,下面我们了解一下CMOS是什么意思。 CMOS(Complementary Metal Oxide ... CMOSPMOS管和NMOS管共同构成,它的特点是低功耗
  • 主存储器(简称主存或内存)包括存取体、各种逻辑部件及控制电路等。存储体许多存储单元组成,每个存储单元又包含若干个存储元件,每个存储元件能寄存一位二进制代码“0”或“1”。这样,一个存储单元可以存储一串...

    上一篇文章我们介绍了索引背后的数据结构,这篇文章我们来介绍影响索引数据结构选型的因素——存储器存取。

    主存存取原理

    主存的构成

    主存储器(简称主存或内存)包括存取体、各种逻辑部件及控制电路等。存储体由许多存储单元组成,每个存储单元又包含若干个存储元件,每个存储元件能寄存一位二进制代码“0”或“1”。这样,一个存储单元可以存储一串二进制代码,这串二进制代码称为存储字,这串二进制代码的位数称为存储字长,可以是8位、16位或者32位等。

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    主存与CPU的联系

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    画外音:

    MAR(Memory Address Register)是存储器地址寄存器,用来存放欲访问的存储单元的地址,其位数对应存储单元的个数(若MAR为10位,则有210=1024个存储单元,记为1k)。

    MDR(Memory Data Register)是存储器数据寄存器,用于存放从存储体某单元取出的代码或准备往某存储单元存入的代码,其位数与存储字长相等。

    现代计算机一般将MAR和MDR集成在CPU芯片中。

    主存的存取过程

    如果把存储体看做是一栋大楼,那么每个存储单元可以看成这栋大楼里的每个房间,每个存储元可以看做房间里的一张床位,床位有人相当于“1”,无人相当于“0”。每个房间都需要一个房间号,便于我们找到房间的位置。同样,可以赋予每个存储单元一个编号,称为存储单元的地址号

    主存的工作方式就是按照存储单元的地址号来实现对存储字各位的存(写入)、取(读出)。

    现代主存的结构和存取原理比较复杂,这里抛却具体差别,抽象出一个十分简单的存取模型来说明主存的工作原理。

    mark

    主存的存取过程如下:

    当系统需要读取主存时,首先由CPU将该字的地址送到MAR,经地址总线送至主存,然后发出读命令。主存接到读命令后,根据地址定位到指定存储单元,然后将此存储单元数据放到数据总线上,供其它部件读取。

    写主存的过程类似,若要向主存存入一个信息字时,首先CPU将该字要存入的主存单元的地址经MAR送到地址总线,并将信息字送入MDR,然后向主存发出写命令,主存接到写命令后,便将数据总线上的信息写入到对应地址总线指出的主存单元中。

    画外音:实际上主存存取的过程并没有这么简单,还需要经过经过地址译码(逻辑地址—>物理地址)等过程。

    磁盘存取原理

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    我们知道,索引本身也很大,不可能全部存储在内存中(根节点常驻内存),一般以文件形式存储在磁盘上。那么问题来了,索引检索需要磁盘I/O操作。与内存不同,磁盘I/O存在机械运动耗费,相对于内存存取,I/O存取的消耗要高几个数量级。

    磁盘的构成

    磁盘的整体结构示意图:

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    一个磁盘由大小相同且同轴的圆形盘片组成,磁盘可以转动(各个磁盘必须同步转动)。在磁盘的一侧有磁头支架,磁头支架固定了一组磁头,每个磁头负责存取一个磁盘的内容。磁头不能转动,但是可以沿磁盘半径方向运动(实际是斜切向运动),每个磁头同一时刻也必须是同轴的,即从正上方向下看,所有磁头任何时候都是重叠的。

    磁盘盘片示意图:

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    盘片被划分成一系列同心环,圆心是盘片中心,每个同心环叫做一个磁道,所有半径相同的磁道组成一个柱面。磁道被沿半径线划分成一个个小的段,每个段叫做一个扇区,每个扇区是磁盘的最小存储单元。

    磁盘的存取过程:

    当需要从磁盘读取数据时,系统会将数据逻辑地址传给磁盘,磁盘的控制电路按照寻址逻辑将逻辑地址翻译成物理地址,即确定要读的数据在哪个磁道,哪个扇区。

    为了读取这个扇区的数据,需要将磁头放到这个扇区上方,为了实现这一点:

    1. 首先必须找到柱面,即磁头需要移动对准相应磁道,这个过程叫做寻道,所耗费时间叫做寻道时间
    2. 然后目标扇区旋转到磁头下,即磁盘旋转将目标扇区旋转到磁头下。这个过程耗费的时间叫做旋转时间

    所以一次访盘请求(读/写)完成过程由三个动作组成:

    1. 寻道(时间):磁头移动定位到指定磁道
    2. 旋转延迟(时间):等待指定扇区从磁头下旋转经过
    3. 数据传输(时间):数据在磁盘与内存之间的实际传输

    局部性原理与磁盘预读

    由于存储介质的特性,磁盘本身存取就比主存慢很多,再加上机械运动耗费,磁盘的存取速度往往是主存的几百万分之一,因此为了提高效率,要尽量减少磁盘I/O。为了达到这个目的,磁盘往往不是严格按需读取,而是每次都会预读,即使只需要一个字节,磁盘也会从这个位置开始,顺序向后读取一定长度的数据放入内存。这样做的理论依据是计算机科学中著名的局部性原理:

    局部性原理: CPU访问存储器时,无论是存取指令还是存取数据,所访问的存储单元都趋于聚集在一个较小的连续区域中。

    时间局部性(Temporal Locality):如果一个信息项正在被访问,那么在近期它很可能还会被再次访问。

    空间局部性(Spatial Locality):在最近的将来将用到的信息很可能与现在正在使用的信息在空间地址上是临近的。

    由于磁盘顺序读取的效率很高(不需要寻道时间,只需很少的旋转时间),因此对于具有局部性的程序来说,预读可以提高I/O效率

    预读的长度一般为页(page)的整倍数。页是计算机管理存储器的逻辑块,硬件及操作系统往往将主存和磁盘存储区分割为连续的大小相等的块,每个存储块称为一页(在许多操作系统中,页的大小通常为4k),主存和磁盘以页为单位交换数据。当程序要读取的数据不在主存中时,会触发一个缺页异常,此时系统会向磁盘发出读盘信号,磁盘会找到数据的起始位置并向后连续读取一页或几页载入内存中,然后异常返回,程序继续运行。

    数据库为什么选用B-/+Tree索引

    之前提到过,SQL优化的一个重要原则是减少磁盘I/O次数,磁盘I/O次数也是评价索引结构的优劣的指标之一。

    B-Tree分析:

    根据B-Tree的定义,可知检索一次最多需要访问h(B-Tree的高度)个节点。数据库系统的设计者巧妙利用了磁盘预读原理,将一个节点的大小设为等于一个页,这样每个节点只需要一次I/O就可以完全载入。但是逻辑上存储在一个页里并不代表物理上也存储在一个页里,为了达到这个目的,每次新建节点时,直接申请一个页的空间,这样就保证一个节点物理上也存储在一个页里,加之计算机存储分配都是按页对齐的,就实现了一个节点只需一次I/O。

    B-Tree中一次检索最多需要h-1次I/O,因为根节点会常驻内存。复杂度为O(logdN)。一般实际应用中,出度d是非常大的数字,通常超过100,因此h非常小(通常不超过3)。所以B-Tree作为索引结构效率是非常高的。这也是为什么数据库不选用红黑树作为索引(数据结构)的原因,一是因为红黑树的高度h要大的多;二是红黑树节点在物理上可能是单独存储的,无法利用局部性原理。复杂度为O(h),效率明显比B-Tree差的多。

    B+Tree分析:

    上篇文章说过,B+Tree更适合索引。究其原因,一是因为B+Tree内节点去掉了data域,因此可以拥有更大的出度,拥有更好的性能;二是因为所有叶子节点形成有序链表,便于范围查询;所有的查找最终都会到叶子节点,从而保证了查询性能的稳定

    参考

    • 《计算机组成原理(第2版)》

    • MySQL索引背后的数据结构及算法原理

    推荐阅读
    MySQL——通过EXPLAIN分析SQL的执行计划
    MySQL——索引基础
    MySQL——索引优化实战
    数据库索引背后的数据结构



    作者:撸码那些事

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  • CMOS是什么意思?它在电子和计算机领域中都有应用,还有在像机的镜头方面也有应用,下面我们了解一下CMOS是什么意思。 CMOS(Complementary Metal Oxide ... CMOSPMOS管和NMOS管共同构成,它的特点是低功耗
  • 目前,在计算机系统中通常采用三级层次结构来构成存储系统,主要高速缓冲存储器Cache、主存储器和辅助存储器组成。  存储系统多级层次结构中,上向下分三级,其容量逐渐增大,速度逐级降低,成本则逐次减
    所谓存储系统的层次结构,就是把各种不同存储容量、存取速度和价格的存储器按层次结构组成多层存储器,并通过管理软件和辅助硬件有机组合成统一的整体,使所存放的程序和数据按层次分布在各种存储器中。目前,在计算机系统中通常采用三级层次结构来构成存储系统,主要由高速缓冲存储器Cache、主存储器和辅助存储器组成。
          存储系统多级层次结构中,由上向下分三级,其容量逐渐增大,速度逐级降低,成本则逐次减少。整个结构又可以看成两个层次:它们分别是cache一主存层次和主存一辅存层次。这个层次系统中的每一种存储器都不再是孤立的存储器,而是一个有机的整体。它们在辅助硬件和计算机操作系统的管理下,可把主存一辅存层次作为一个存储整体,形成的可寻址存储空间比主存储器空间大得多。由于辅存容量大,价格低,使得存储系统的整体平均价格降低。由于Cache的存取速度可以和CPU的工作速度相媲美,故cache一主存层次可以缩小主存和CPU之间的速度差距,从整体上提高存储器系统的存取速度。尽管Cache成本高,但由于容量较小,故不会使存储系统的整体价格增加很多。
          综上所述,一个较大的存储系统是由各种不同类型的存储设备构成,是一个具有多级层次结构的存储系统。该系统既有与CPU相近的速度,又有极大的容量,而成本又是较低的。其中高速缓存解决了存储系统的速度问题,辅助存储器则解决了存储系统的容量问题。采用多级层次结构的存储器系统可以有效的解决存储器的速度、容量和价格之间的矛盾。
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  • 什么是磁盘列阵技术?

    千次阅读 多人点赞 2020-08-26 20:03:35
    所谓磁盘列阵,它是多台磁盘存储器组成,是快速、大容量、且高可靠的外存子系统,现在常见的独立冗余磁盘列阵(RAID)就是一种多块独立磁盘构成的冗余列阵, 这里需要注意的是: 虽然RAID包含多块磁盘,但是在...

    本文摘录自知名博主灰小猿,请支持原作者
    部分文章摘录自百度百科

    什么是磁盘列阵?

     它是由多台磁盘存储器组成,是快速、大容量、且高可靠的外存子系统,现在常见的独立冗余磁盘列阵(RAID)就是一种由多块独立磁盘构成的冗余列阵。

    磁盘阵列技术即RAID,起源于集中式大、中、小型计算机网络系统中,是专门为主计算机存储系统数据而设计。随着计算机网络、 Internet 和 Intranet 网的普及,磁盘阵列已越来越普及。为确保网络系统可靠地保存数据,使系统正常运行,磁盘阵列己成为高可靠性网络系统解决方案中不可缺少的存储设备。

     磁盘阵列由磁盘阵列控制器及若干性能近似的、按一定要求排列的硬盘组成。该设备具有高速度、大容量、安全可靠等特点,通过冗余纠错技术保证设备可靠。

    RAID 由几组磁盘驱动器组成,并由一个控制器统一管理,通过在磁盘之间使用镜像数据或数据分割及奇偶校验来实现容错要求。它是一种具有较高容错能力的智能化磁盘集合,具有较高的安全性和可靠性。

    RAID 在现代网络系统中作为海量存储器,广泛用于磁盘服务器中。用磁盘阵列作为存储设备,可以将单个硬盘的 30 万小时的平均无故障工作时间( MTBF )提高到 80 万小时。

     磁盘阵列一般通过 SCSI 接口与主机相连接,目前最快的 SCSI 接口的通道传输速率己达到 160Mb/s 或更高。磁盘阵列通常需要配备冗余设备,磁盘阵列都提供电源和风扇作为冗余设备,以保证磁盘阵列机箱内的散热和系统的可靠性。为使存储数据更加完整可靠,有些磁盘阵列还配置了电池,在阵列双电源同时掉电时,对磁盘阵列缓存进行保护,以确保数据的完整性。

    这里需要注意的是:

    虽然RAID包含多块磁盘,但是在操作系统下是作为一个独立的大型存储设备出现的不同等级的RAID技术对照

     截至目前,RAID技术可以分为以下几种不同的等级,分别可以提供不同速度,安全性和性价比。不同等级的RAID说明如下表所示:

    RAID级别 说明
    RAID-0 是一种不具备容错能力的磁盘列阵,由N个磁盘存储器组成的0级列阵,
    其平均故障时间间隔(MTBF)是单个磁盘存储器的N分之一,
    但数据传输率是单个磁盘存储器的N倍
    RAID-1 是采用镜像容错技术改善可靠性的一种磁盘列阵
    RAID-2 是采用海明码进行错误检测的一种磁盘列阵
    RAID-3 减少了用于检验的磁盘存储器的个数,从而提高了磁盘列阵的有效容量,
    一般只有一个检验盘,
    RAID-4 是一种可以独立的对组内各磁盘进行读/写的磁盘列阵,
    该列阵也只用一个检验盘
    RAID-5 是RAID-4的一种改进,它不设置专门的检验盘,同一个磁盘上既记录数据,
    又记录检验信息。这就解决了前面多个磁盘机争用一个磁盘的问题
    RAID-6 磁盘列阵采用两级数据冗余和新的数据编码以解决数据恢复问题,
    使在两个磁盘出现故障时仍能够正常工作,在进行写操作时,
    RAID-6分别进行两个独立的校验运算,形成两个独立的冗余数据,
    写入两个不同的磁盘

    本文系摘录,非博主原创,请支持原作者,感谢!
    原文链接

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空空如也

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