程序局部性原理

在复习 *** 作系统时遇到了这样的问题

CPU利用程序局部性原理使得高速指令处理和低速内存访问得以匹配从而提高CPU效率，那么什么是程序局部性原理？

我们先将计算机分为数个层次：

寄存器  64位

一级缓存L1 4×64KB

二级缓存L2 4×256KB

三级缓存L3 8MB

内存 4GB

磁盘 1TB

可以看到这些层次一个比一个更大。

寄存器，既是CPU的工作台，是存放计算数据的地方

CPU要工作了，它需要数据或者地址，从哪里来？先从一级缓存里面找，找不到就从二级缓存里面找，依次类推。假如CPU到磁盘才有，那么这个数据就会存入内存，再存入三级缓存、二级缓存、一级缓存，最后存入寄存器，CPU用它来计算了。

所以说，可以这么看， L1是寄存器的缓存，L2是L1的缓存，依次这样下去，下面一层是上面一层的缓存。

现在来讲局部性原理

CPU的工作要高速，我们希望CPU需要的数据更多的就在L1里面，一找就找着。不希望更多的跑到下面内存乃至磁盘里面去找，这样会花更多的时间。所以当CPU用了一个数据，计算机会遇见性的存入其他等会儿CPU可能会用到的数据到L123内存，用到的可能性越大，就能存到越接近寄存器的层次。这也才是缓存的真正意义。那么，计算机怎样才能判断一个数据接下来可能被用到？

时间局部性：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。

这当然是正确的，用过的数据当然可能再次被用到。

空间局部性：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。

正在使用的这个数据地址旁边的数据，当然也是很可能被用到的。比如数组什么的

首先要明白局部性原理能解决的是什么问题，也就是主存容量远远比缓存大，CPU执行程序的时候需要使用内存块，如果该内存块在缓存上，那么处理器直接从缓存上取该内存块就行了，因为缓存的数据传输的速率比内存快的多。因为主存容量大，所以要取的内存块很可能不在缓存上，因此就要把这个内存块移到缓存上。局部性原理就是解决这个问题：

时间局部性：程序有在一段时间内多次访问同一个数据块的倾向，这个写程序的都知道；

空间局部性：程序往往有访问一个聚集空间的数据块的倾向，参见数组的访问；

算法局部性：当程序反复访问分布在整个内存空间的数据块时，就只能看算法局部性。这个很难理解。我的理解是：一般人写的程序还是以顺序和分支执行的为多，一般很少有break、continue和goto指令，算法局部性强调的是程序执行的时候访问数据块一般是顺序访问或者隔一个空间地按序访问，出现访问到这个内存块又跑到隔老远的一个内存块又访问另一个不相关的数据块的概率是非常低的（我只是打个比方。）。当然局部性的算法还是很多的，水也比较深。只是我一点浅薄的认识。【谢谢大家】

那么局部性原理如何解决内存读取到缓存上这个问题呢？

举个例子：空间局部性，我们就可以选择在读取内存块的时候将该内存块附近的内存块也读进缓存中。称为预取（prefetch）

摘自知乎 如何理解计算机 *** 作系统中的局部性原理？

固态硬盘（Solid State Disk或Solid State Drive），也称作电子硬盘或者固态电子盘，是由控制单元和固态存储单元（DRAM或FLASH芯片）组成的硬盘。固态硬盘的接口规范和定义、功能及使用方法上与普通硬盘的相同，在产品外形和尺寸上也与普通硬盘一致。由于固态硬盘没有普通硬盘的旋转介质，因而抗震性极佳。其芯片的工作温度范围很宽（-40~85℃）。目前广泛应用于军事、车载、工控、视频监控、网络监控、网络终端、电力、医疗、航空等、导航设备等领域。目前由于成本较高，正在逐渐普及到DIY市场。 由于固态硬盘技术与传统硬盘技术不同，所以产生了不少新兴的存储器厂商。厂商只需购买NAND存储器，再配合适当的控制芯片，就可以制造固态硬盘了。新一代的固态硬盘普遍采用SATA-2接口。

固态硬盘与普通硬盘比较，拥有以下优点： 1. 启动快，没有电机加速旋转的过程。 2. 不用磁头，快速随机读取，读延迟极小。根据相关测试：两台电脑在同样配置的电脑下，搭载固态硬盘的笔记本从开机到出现桌面一共只用了18秒，而搭载传统硬盘的笔记本总共用了31秒，两者几乎有将近一半的差距。 3. 相对固定的读取时间。由于寻址时间与数据存储位置无关，因此磁盘碎片不会影响读取时间。 4. 基于DRAM的固态硬盘写入速度极快。 5. 无噪音。因为没有机械马达和风扇，工作时噪音值为0分贝。某些高端或大容量产品装有风扇，因此仍会产生噪音。 6. 低容量的基于闪存的固态硬盘在工作状态下能耗和发热量较低，但高端或大容量产品能耗会较高。 7. 内部不存在任何机械活动部件，不会发生机械故障，也不怕碰撞、冲击、振动。这样即使在高速移动甚至伴随翻转倾斜的情况下也不会影响到正常使用，而且在笔记本电脑发生意外掉落或与硬物碰撞时能够将数据丢失的可能性降到最小。 8. 工作温度范围更大。典型的硬盘驱动器只能在5到55℃范围内工作。而大多数固态硬盘可在-10~70℃工作，一些工业级的固态硬盘还可在-40~85℃，甚至更大的温度范围下工作（e.g: RunCore军工级产品温度为-55~135℃）。 9. 低容量的固态硬盘比同容量硬盘体积小、重量轻。但这一优势随容量增大而逐渐减弱。直至256GB，固态硬盘仍比相同容量的普通硬盘轻。

固态硬盘与传统硬盘比较，拥有以下缺点： 1. 成本高。每单位容量价格是传统硬盘的5~10倍（基于闪存），甚至200~300倍（基于DRAM）。 2. 容量低。目前固态硬盘最大容量远低于传统硬盘。传统硬盘的容量仍在迅速增长，据称IBM已测试过4TB的传统硬盘。 3. 由于不像传统硬盘那样屏蔽于法拉第笼中，固态硬盘更易受到某些外界因素的不良影响。如断电（基于DRAM的固态硬盘尤甚）、磁场干扰、静电等。 4. 写入寿命有限（基于闪存）。一般闪存写入寿命为1万到10万次，特制的可达100万到500万次，然而整台计算机寿命期内文件系统的某些部分（如文件分配表）的写入次数仍将超过这一极限。特制的文件系统或者固件可以分担写入的位置，使固态硬盘的整体寿命达到20年以上。 5. 数据损坏后难以恢复。一旦在硬件上发生损坏，如果是传统的磁盘或者磁带存储方式，通过数据恢复也许还能挽救一部分数据。但是如果是固态存储，一但芯片发生损坏，要想在碎成几瓣或者被电流击穿的芯片中找回数据那几乎就是不可能的。当然这种不足也是可以牺牲存储空间来弥补的，主要用RAID 1来实现的备份，和传统的存储的备份原理相同。由于目前SSD的成本较高，采用这种方式备份还是价格不菲。6. 根据实际测试，使用固态硬盘的笔记本电脑在空闲或低负荷运行下，电池航程短于使用5400RPM的2.5英寸传统硬盘。 7. 基于DRAM的固态硬盘在任何时候的能耗都高于传统硬盘，尤其是关闭时仍需供电，否则数据丢失。 8. 据用户反映，使用MLC的固态硬盘在Windows XP系统下运行会机率性出现假死现象。这是由于Windows XP系统的文件系统机制不适于固态硬盘。而在Windows 7则为固态硬盘进行了优化，禁用了SuperFetch、ReadyBoost以及启动和程序预取等传统硬盘机制，可更好的发挥固态硬盘的性能。

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