Иерархия устройств памяти ЭВМ

Упрощенная схема вычислительной системы

Состав и принцип взаимодействия основных блоков ЭВМ сложился еще в первом поколении цифровых машин и сохранялся вплоть до 4-го поколения. Процессор и главная (внутренняя) память, составляющие ядро, осуществляют автономную обработку информации и посредством специальных коммуникационных средств обмениваются данными с периферийными устройствами (ПУ) ввода и вывода. Последние играют роль не только средств связи с человеком, но служат и для долговременного хранения программ и данных.

Рисунок 1.1.2 - Упрощенная схема ЭВМ

Лишь в 5-ом поколении в схеме появилось не принципиальное отличие, заключающееся в множественности ядер в мультипроцессорных ЭВМ. В рамках 6-го поколения ведется активный поиск новых оригинальных схем организации ЭВМ.

Основным элементом ядра является программируемый автомат – центральный процессор (рис.1.1.3)

		Сверхоперативная память (регистры общего назначения)	Арифметическо-логическое устройство	Устройство управления	Схемы контроля
Генератор импульсов (ГИ)	Блок питания (БП)
		КЭШ I-го уровня

Рисунок 1.1.3 - Упрощенная схема центрального процессора

Память ЭВМ - функциональная часть ЭВМ, предназначенная для записи, хранения и выдачи данных. Для достижения в ЭВМ одновременно и большой информационной емкости и высокого быстродействия используется принцип иерархического построения памяти. В иерархической структуре можно выделить следующие уровни памяти:

Рисунок 1.1.4 - Иерархия устройств памяти ЭВМ

Сверхоперативное ЗУ (СОЗУ) или регистры общего назначения (РОН). Имеют быстродействие, соизмеримое с быстродействием процессора. Емкость СОЗУ составляет от нескольких десятков до сотен байт. Они предназначаются для хранения ряда чисел, используемых некоторой текущей последовательностью команд программы.

Оперативное ЗУ (ОЗУ) или основная память предназначены для хранения данных и программ текущих вычислений, а также программ, к которым следует быстро перейти, если в ходе вычислительного процесса возникло прерывание. В качестве элементов памяти ОЗУ используются полупроводниковые схемы, выполненные на кристаллах СБИС и УБИС.

Постоянное ЗУ (ПЗУ) или одностороннее ЗУ предназначено только для хранения считываемой информации, которая не изменяется в процессе вычислений. В ПЗУ информация записывается только один раз при изготовлении, а при работе только считывается.

Внешние ЗУ (ВЗУ) предназначены для хранения больших массивов информации. Данные, хранящиеся во ВЗУ, непосредственно не используются в вычислительном процессе, а передаются из ВЗУ в ОЗУ. В качестве ВЗУ чаще всего используют накопители информации на гибких и жестких магнитных дисках и на оптических дисках.

КЭШ (cache) представляет собой «быструю» память относительно небольшого объема, которая служит для ускорения доступа к полному объему «медленной» памяти ОЗУ. Основная идея работы кэш-памяти заключается в том, что извлеченные из ОЗУ данные или команды программы копируются в кэш. Одновременно в специальный каталог адресов, который находится в той же самой памяти, запоминается, откуда информация была извлечена. Если данные потребуются повторно, то уже не надо будет терять время на обращение к ОЗУ. Поскольку объем КЭШа существенно меньше объема оперативной памяти, его контроллер (управляющая схема) тщательно следит за тем, какие данные следует сохранять в кэш, а какие заменять: удаляется та информация, которая используется реже или совсем не используется. Контроллер также обеспечивает своевременную запись измененных данных из КЭШа обратно в основное ОЗУ.

Дата добавления: 2014-01-11