理解磁盘扇区读取：DMA中断与层次存储系统详解

本资源是关于计算机系统基础第六章——"读一个磁盘扇区—第三步"的深入讲解。章节重点围绕层次结构存储系统展开，包括存储器概述、主存与CPU的连接、磁盘存储器、高速缓冲存储器（Cache）以及虚拟存储器等内容。 首先，章节开篇强调了CPU在执行指令时依赖于存储器访问，因为指令和数据通常存储在内存中。访存操作涉及多个关键部件，如主存、CPU寄存器、ALU（算术逻辑单元）以及各种接口控制器（如磁盘控制器、图形适配器等）。DMA（直接存储器访问）技术在数据传输完成后会通过中断请求通知CPU进行后续处理，确保数据完整性和系统的同步性。 在主存部分，讲述了内存模块如何与CPU相连，并介绍了"装入"和"存储"指令的具体操作流程。这有助于理解程序在内存中的布局和指令执行的步骤。 磁盘存储器这部分介绍了磁盘作为长期存储设备的特点，以及在数据读写中的作用。磁盘访问速度较慢，因此引入高速缓冲存储器（Cache）来提高数据访问效率。Cache的工作原理和它如何利用程序的局部性（即频繁访问的数据集中性）来优化性能被详细阐述。 虚拟存储器的概念也在章节中出现，讨论了虚拟地址空间的创建和物理地址的映射，这对于管理大型程序和缓解内存不足问题至关重要。此外，章节还讲解了IA-32/Linux中的地址转换过程，涉及逻辑地址到线性地址和线性地址到物理地址的转换，这些都是操作系统层面的内存管理机制。 本章内容深入浅出地探讨了存储系统在计算机架构中的核心地位，以及不同层次存储器如何协同工作以提升系统性能。通过学习这部分知识，学生可以理解指令执行过程中访存的必要性，掌握优化程序性能的策略，以及操作系统如何进行地址管理和数据调度。