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虚拟存储技术
虚拟存储技术是一种将多个存储介质模块（如硬盘、RAID等）整合成一个统一管理的存储池的技术。它实现了存储实体与存储的逻辑表现的分离，从而提高了存储资源的利用率和管理的灵活性。
虚拟存储的分类
按照拓扑结构不同：
- 对称式：虚拟存储控制设备与存储软件系统、交换设备集成为一个整体，内嵌在网络数据传输路径中。
- 非对称式：虚拟存储控制设备独立于网络数据传输路径。
按照实现原理不同：
- 数据块虚拟：着重解决数据传输过程中的冲突和延时问题，利用虚拟的多端口并行技术，为多个用户提供极高的带宽，最大限度减少延时与冲突的发生。
- 虚拟文件系统：着重解决大规模网络中文件共享的安全机制问题。遇到不同站点指定不同的文件访问权限，保证网络文件安全。
虚拟存储的实现方式
- 主机级的虚拟化：在主机级别实现虚拟化，通常通过软件来实现。主机上的虚拟化软件将物理存储资源抽象为虚拟存储池，供主机上的应用程序使用。
- 存储设备级的虚拟化：在存储设备级别实现虚拟化，通常由存储设备自身的控制器或管理软件来完成。这种虚拟化方式可以提供更高的性能和更好的兼容性。
- 网络级的虚拟化：在网络级别实现虚拟化，通常通过存储区域网络（SAN）或网络附加存储（NAS）来实现。这种虚拟化方式可以提供更高的灵活性和可扩展性。
虚拟存储的特点
- 资源整合：将多个存储设备整合成一个统一的存储池，提高资源利用率。
- 灵活管理：通过虚拟化技术，管理员可以更灵活地分配和管理存储资源。
- 高可用性：虚拟存储技术通常支持冗余和故障转移，提高了存储系统的可用性。
- 可扩展性：虚拟存储系统可以根据需求动态扩展存储容量，而不需要中断服务。
- 简化管理：通过抽象层，虚拟存储简化了存储资源的管理和维护工作。
虚拟存储技术在现代数据中心和企业存储环境中得到了广泛应用，能够有效提升存储资源的利用效率和管理灵活性。
输入输出系统
输入输出系统（I/O系统）是计算机系统中负责管理输入输出设备与主存储器之间数据传输的子系统。不同的I/O工作方式适用于不同的场景和需求，以下是几种常见的I/O工作方式：
1. 程序控制方式（Programmed I/O）
- 描述：CPU直接控制I/O设备的操作，通过执行I/O指令来完成数据的传输。
- 特点：
- CPU需要不断轮询I/O设备的状态，检查设备是否准备好进行数据传输。
- 简单易实现，但严重影响CPU的利用率，因为CPU在等待I/O设备时无法执行其他任务。
- 适用场景：适用于简单的、低速的I/O设备。
2. 程序中断方式（Interrupt-Driven I/O）
- 描述：I/O设备在准备好数据传输时，向CPU发送中断信号，CPU暂停当前任务（保护现场），转而处理I/O请求，处理完后CPU将自动返回原来的程序继续执行（恢复现场）。
中断请求、中断判优、中断响应、中断处理、中断返回
- 特点：
- CPU不需要轮询I/O设备的状态，提高了CPU的利用率。
- 中断处理需要一定的开销，可能会影响系统的实时性。
- 适用场景：适用于中低速的I/O设备，能够有效减少CPU的等待时间。
3. DMA （Direct Memory Access）
- 描述：DMA控制器直接管理I/O设备与主存储器之间的数据传输，无需CPU的干预。
- 特点：
- 它使主存与CPU的固定联系脱钩，主存既可被CPU访问，又可被外设访问。
- 在数据块传送时，主存地址的确定、传送数据的计数都由硬件电路直接实现。
- 主存中要开辟专用缓冲区，及时供给和接收外设的数据。
- DMA传送速度快，CPU和外设并行工作，提高了系统的效率。
- DMA在传送前要通过程序进行预处理，结束后要通过中断方式进行后处理。
- 适用场景：适用于高速、大数据量的I/O设备，如磁盘、网络接口等。
4. 通道方式（Channel I/O）
描述：通道是一种专用的I/O处理器，能够独立执行I/O操作，减轻CPU的负担。并非完全脱离CPU，还要受到CPU的管理，比如启动、停止等，而且通道还应该向CPU汇报自己的状态，以便CPU决定下一步的处理。根据不同的工作方式和数据传输特性，通道可以分为以下几种类型：
1. 字节多路通道（Byte Multiplexer Channel）
- 描述：字节多路通道能够同时连接多个低速设备，并以字节为单位进行数据传输。它通过分时复用的方式，轮流为每个设备服务。
- 特点：
- 适用于连接多个低速设备，如终端、打印机等。
- 数据传输以字节为单位，适合处理小数据量的I/O操作。
- 通道在多个设备之间快速切换，确保每个设备都能及时得到服务。
- 适用场景：适用于需要连接多个低速设备的场景，如分时系统、多用户系统等。
2. 选择通道（Selector Channel）
- 描述：选择通道一次只连接一个高速设备，并在数据传输期间独占通道资源，直到数据传输完成。
- 特点：
- 适用于连接高速设备，如磁盘、磁带等。
- 数据传输以块为单位，适合处理大数据量的I/O操作。
- 通道在数据传输期间独占，确保高速设备能够高效地完成数据传输。
- 适用场景：适用于需要连接高速设备的场景，如大型数据库系统、高性能计算系统等。
3. 数组多路通道（Block Multiplexer Channel）
- 描述：数组多路通道结合了字节多路通道和选择通道的特点，能够同时连接多个高速设备，并以块为单位进行数据传输。它通过分时复用的方式，轮流为每个设备服务。
- 特点：
- 适用于连接多个高速设备，如磁盘阵列、网络接口等。
- 数据传输以块为单位，适合处理大数据量的I/O操作。
- 通道在多个设备之间快速切换，确保每个设备都能及时得到服务。
- 适用场景：适用于需要连接多个高速设备的场景，如大规模存储系统、高性能网络系统等。
NOTE
总结
字节多路通道：适用于连接多个低速设备，以字节为单位进行数据传输，适合处理小数据量的I/O操作。
选择通道：适用于连接单个高速设备，以块为单位进行数据传输，适合处理大数据量的I/O操作。
数组多路通道：适用于连接多个高速设备，以块为单位进行数据传输，适合处理大数据量的I/O操作，同时支持多设备并行操作。
5. I/O处理机（I/O Processor）
- 描述：I/O处理机是一种专用的处理器，专门负责管理I/O操作，可以执行复杂的I/O任务。
- 特点：
- I/O处理机可以独立执行I/O操作，减轻CPU的负担。
- 通常用于高性能计算系统，能够处理复杂的I/O任务。
- 适用场景：适用于高性能计算系统，需要处理大量复杂I/O操作的场景。
总结
不同的I/O工作方式各有优缺点，适用于不同的应用场景。程序控制方式简单但效率低，程序中断方式提高了CPU的利用率，DMA方式进一步减少了CPU的负担，通道方式和I/O处理机则适用于高性能、复杂的I/O操作。选择合适的I/O工作方式可以有效提高系统的整体性能和效率。
总线
在外设和CPU一定的情况下，总线速度是制约计算机整体性能的最大因素。
可分：1. 地址总线 2. 数据总线 3. 控制总线
工业标准结构（ISA Industrial Standard Architecture): 总线共98跟线，数据线16条、地址线24条、其余为控制信号线、接地线、和电源线。按位置分可以分：机内总线和机外总线，以上的都是机内总线，机外总线是与外部设备接口相连的，是一种外设的接口标准。
按总线功用：1. 局部总线 2. 系统总线 3. 通信总线
1. 局部总线（Local Bus）
局部总线是用于连接CPU与其附近的高速部件（如缓存、内存控制器等）的总线。它的主要特点是高速和低延迟，因为它是直接与CPU通信的通道。
特点：
- 高速传输：局部总线通常工作在非常高的频率下，能够快速传输数据。
- 低延迟：由于直接连接CPU和高速部件，局部总线的延迟非常低。
- 专用性：局部总线通常是为特定系统设计的，兼容性较低。
- 连接部件：CPU、高速缓存（Cache）、内存控制器等。
示例：
- 前端总线（FSB, Front Side Bus）：用于连接CPU与北桥芯片（Northbridge），负责CPU与内存、显卡等高速设备之间的通信。
- QPI（QuickPath Interconnect）：Intel使用的高速总线，用于连接CPU与内存控制器或其他CPU。
2. 系统总线（System Bus）
系统总线是用于连接计算机系统中主要部件（如CPU、内存、I/O控制器等）的总线。它是计算机内部数据传输的主要通道，负责协调各部件之间的通信。
特点：
- 中等速度：系统总线的速度介于局部总线和通信总线之间。
- 多功能性：系统总线通常包括数据总线、地址总线和控制总线，分别用于传输数据、地址和控制信号。
- 连接部件：CPU、内存、I/O控制器、扩展卡（如显卡、网卡）等。
示例：
- PCI总线（Peripheral Component Interconnect）：用于连接主板上的扩展卡（如显卡、网卡等）。
- PCIe总线（PCI Express）：PCI的升级版，采用串行传输，支持更高的带宽和更多的设备连接。
3. 通信总线（Communication Bus）
通信总线是用于连接计算机与外部设备或其他计算机的总线。它的主要功能是实现计算机与外部设备之间的数据传输和通信。
特点：
- 低速传输：通信总线的速度通常较低，因为它需要支持多种外部设备。
- 通用性强：通信总线通常支持多种设备，兼容性较高。
- 支持热插拔：许多通信总线支持热插拔和即插即用功能。
- 连接部件：外部设备（如打印机、键盘、鼠标、网络设备等）。
示例：
- USB总线（Universal Serial Bus）：用于连接计算机与外部设备（如键盘、鼠标、打印机等）。
- SATA总线（Serial Advanced Technology Attachment）：用于连接计算机与存储设备（如硬盘、光驱等）。
- 以太网总线（Ethernet）：用于连接计算机与网络设备，实现网络通信。
局部总线、系统总线与通信总线的对比
| 特性 | 局部总线 | 系统总线 | 通信总线 |
|---|---|---|---|
| 位置 | CPU与高速部件之间 | 计算机内部主要部件之间 | 计算机与外部设备之间 |
| 速度 | 高速 | 中等速度 | 低速 |
| 延迟 | 极低 | 中等 | 较高 |
| 兼容性 | 专用性强，兼容性低 | 中等兼容性 | 通用性强，兼容性高 |
| 典型示例 | 前端总线（FSB）、QPI | PCI、PCIe | USB、SATA、以太网 |
| 热插拔 | 不支持 | 部分支持（如PCIe） | 支持 |
总线标准
正式标准与工业标准的对比
| 特性 | 正式标准 | 工业标准 |
|---|---|---|
| 制定机构 | 国际或国家标准化组织（如IEEE） | 行业领先企业或组织 |
| 权威性 | 具有法律或行业约束力 | 无正式约束力，但被广泛认可 |
| 制定过程 | 严格审查和测试 | 市场驱动，灵活适应技术变化 |
| 典型示例 | IEEE 802、USB、PCIe | SATA、HDMI、Thunderbolt |
| 应用范围 | 全球或特定地区 | 全球或特定行业 |
总线的性能指标
- 总线宽度：总线的线数
- 总线带宽：总线的最大数据传输速率，即每秒传输的字节数（B/s）$$总线带宽 = 总线宽度 \times 总线频率$$
实际还会受到总线长度（总线延迟）、总线负载、总线收发器性能等多方面因素的影响。- 例如某系统总线在一个总线周期中并行传输4B信息，一个总线周期占用2个时钟周期，总线时钟频率为10MHz。此时，时钟周期T = 1/10M = 0.1 μs，总线周期 = 2T = 0.2μs，总线带宽为4/0.2 = 20MB/s
- 总线负载：总线上的最大设备数量。
- 总线分时复用：在不同时段利用总线上同一个信号线传送不同信号。比如地址总线和数据总线共用一组信号线。
- 总线猝发传输。一个总线周期内可以传输存储地址连续的多个数据。
MSO
邮件合并
考点
27_字处理考点精讲_邮件合并(基础常规)_哔哩哔哩_bilibili
应用场景
生成多份相同模板的文档