Багаторівнева пам’ять комп’ютера

Багаторівнева пам’ять комп’ютера. Типи пам'яті. Регістрова пам’ять. Оперативна пам'ять. КЕШ- пам'ять. Постійна пам'ять. Пам'ять на магнітних дисках („вінчестерах”). Пам'ять на оптичних дисках. Віртуальна пам'ять

Лекція 9-10

Стрілки стрілочної вулиці, а також стрілки одного з'їзду повинні мати безупинну непарну чи парну нумерацію.

На станції з великим колійним розвитком стрілки нумерують по окремих парках, причому кожному парку привласнюється сотня номерів, наприклад 100-199, 200-299 тошо. Границею між непарними і парними номерами служить середина парку. Стрілки на головних і інших коліях, що не входять до складу парку, нумерують порядковими цифрами від 1 до 99.

Стрілочні переводи нумерують порядковими непарними цифрами з боку прибуття непарних поїздів (до осі станції) і парними з боку прибуття парних поїздів. Нумерація починається з вхідних стрілок станції.

На станціях з невеликим числом приймально-відправних колій, що використовуються для прийому непарних і парних поїздів, колії нумерують порядковими номерами (3, 4, 5, 6 і т.д.) слідом за номерами головних колій від пасажирського будівлі в польову сторону. Закінчивши нумерацію приймально-відправних колій, нумерують наступними номерами інші станційні колії (витяжні, з'єднувальні колії, колії локомотивного і вагонного депо й ін.).

Нумерація колій і парків

Головні колії нумерують римськими цифрами, причому на двоколійних і багатоколійних лініях коліям проходження непарних поїздів привласнюють непарні номери I, III, а коліям проходження парних поїздів - парні II, IV. Якщо до двоколійної лінії примикають одноколійні, то головним коліямодноколійних ліній привласнюють номери III, IV і т.д.

Приймально-відправні й інші станційні колії нумерують арабськими цифрами.

На великих станціях паркам привласнюють назви по їх призначенню: прийому (П), відправлення (ПРО), приймально-відправний (ПО), сортувальний (С) тощо; при декількох парках одного призначення до назви додається номер (наприклад, ПО1) чи слова «непарний», «парний». У деяких випадках застосовують літерні позначення парків (А, Б, В тощо).

Якщо станція має окремі парки для прийому непарних і парних поїздів, колії в непарному парку нумерують порядковими непарними, а в парному - порядковими парними номерами. На великих сортувальних станціях основні парки мають самостійну порядкову нумерацію колій.

Пам'ять – це один із основних вузлів комп’ютера, призначений для зберігання програм і даних. Можна також застосовувати термін – запам’ятовуючий пристрій (ЗП). Процес приймання інформації в запам’ятовуючий пристрій називають записом, процес видачі інформації – зчитуванням, а спільно їх визначають як процеси звернення до пам’яти.

Основною одиницею збереження даних у комп’ютері є двійковий розряд – біт. В останні роки практично всі комп’ютери мають 8-розрядні одиниці пам’яті, які звуться байтами. В пристроях пам’яті байти зазвичай об’єднуються в більш потужні комірки інформації – слова (1,2,4,8,16,..байт), які позначаються двійковими адресами. При розрядності кода адреси m можливо адресувати комірок пам’яті.

Існує ієрархія різних видів пам'яті:

- регістрова пам’ять процесора

-кеш-пам’ять

- оперативна пам'ять;

- постійна (або пасивна) оперативна пам'ять;

- пам'ять на магнітних дисках;

- пам'ять на оптичних дисках,

- пам'ять на магнітних стрічках.

На самому верху ієрархії знаходиться регістрова пам'ять – регістри ком’ютера.. Доступ до регістрів процесора відбувається швидше за всього. Потім іде кеш-пам'ять, об’єм якої складає від 32 Кбайт до декількох мегабайт. Потім – оперативна пам'ять (сотні мегабайт) і, нарешті, накопичувачі на магнітних та оптичних дисках, що використовуються для збереження архівної інформації.

У міру просування про ієрархії пам’яті зверху вниз зростає три параметри. По-перше, зростає час доступу до пам’яті. Доступ до регістрів займає декілька наносекунд, доступ до кеш-пам’яті трохи більше, до оперативної пам’яті – декілька десятків наносекунд. Далі йде великий розрив: доступ до дисків займає не менш як 10Мкс.

По-друге зростає об’єм пам’яті. Регістри можуть зберігати приблизно до 128 байтів, кеш-пам'ять до декількох мегабайт, диски – сотні гігабайт.

По-третє зростає число біт, які ви можете одержати за одну гривню (чи долар). Сьогодні 1 Мегабайт оперативної пам’яті коштує біля 10 центів, а такий же об’єм магнітної пам’яті в десятки разів менше.

На різних рівнях в комп’ютері використовуються різні типи пам'яті (Рис. 8.1). Практично кожен функціональний вузол комп'юте­ра має у своєму складі пам'ять. Так, в процесорі знаходиться регістрова надоперативна пам'ять, а також постійна

Рис.8.1

пам'ять для зберігання мікропрограм, яка є складовою части­ною пристрою керування, та постійна пам'ять констант, яка використовується в АЛП, наприклад, у складі табличних операційних пристроїв. Між процесором і основною пам'яттю може бути включено кілька рівнів кеш пам'яті. Крім основної пам’яті в комп'ютері є ще пам'ять процесорів введення-виведення та зовнішня пам'ять великого об'єму, реалізована на магнітних дисках, стрічках та барабанах, а та­кож оптична та флеш. Як видно з рисунку, за місцем розташування пам'ять поділяють на внутрішню і зовнішню. Найбільш швидкісну пам'ять, тобто кеш-пам'ять першого рівня, зазвичай розміщують на одному кристалі з центральним процесором, в якому є своя ре­гістрова пам'ять. До внутрішньої пам'яті належать також основна пам'ять, пам'ять про­цесора введення-виведення та кеш пам'ять другого і подальших рівнів (кеш пам'ять дру­гого рівня може також розміщуватися на кристалі процесора). Повільну пам'ять великої ємності (магнітні й оптичні диски, магнітні стрічки та барабани) називають зовнішньою пам'яттю, оскільки до ядра комп'ютера ці пристрої підключаються аналогічно до при­строїв введення-виведення.

8.2. Типи пам'яті

В комп'ютері використовуються різні типи пам'яті, які, залежно від способу доступудо інформації, можуть бути класифіковані наступним чином:

■ Пам'ять з довільним доступом. До цієї пам'яті в кожному такті може бути запи­сане число або зчитане з неї число за довільною адресою. За принципом пам'яті з довіль­ним доступом побудовано регістровий файл регістрової пам'яті процесора та основна пам'ять.

■ Пам'ять із впорядкованим доступом. Із такої пам'яті дані вибираються в поряд­ку, який визначається внутрішньою структурою пам'яті. До такої пам'яті належить зо­крема пам'ять з послідовним доступом, з якої дані зчитуються послідовно одне за одним. За принципом пам'яті з послідовним доступом побудовано, зокрема, буферну пам'ять, яка використовується у пристроях введення-виведення, зовнішню пам'ять на магнітних стрічках.

■ Пам'ять з асоціативним доступом. В такій пам'яті дані шукаються за їх змістом або за деякою їх ознакою. За принципом пам'яті з асоціативним доступом побудовано, зокрема, кеш- пам'ять.

Цей список може бути розширений іншими типами пам'яті, які менш розповсюджені в комп'ютері, наприклад, пам'яттю з програмованим доступом, коли записані до пам'яті дані зчитуються в наперед заданому порядку та іншими.

Кожний тип пам’яті має свої переваги та недоліки, які визначають місце використання відповідної пам'яті в комп'ютері.

Розглянемо організацію роботи та проведемо аналіз названих типів пам'яті
детальніше.

Найчастіше в комп'ютері використовується пам'ять з довільним доступом або адрес­на пам'ять. Ця пам'ять ділиться на два типи: оперативний запам'ятовуючий пристрій (ОЗП), англійський термін Random Ассеss Меmorу (RAM), та постійний запам'ятовую­чий пристрій (ПЗП), англійський термін Read Оnlу Меmorу (RОМ).

Пам'ять із довільним доступом складається з комірок, кожна з яких зберігає одиницю інформації, яка називається словом. Слова складаються із бітів із значеннями 0 або 1. В слові є n бітів, де n - довжина слова. Кожен біт має свій номер. Нумерація бітів в слові здійснюється справа-наліво, або зліва-направо.

Комірки пам'яті нумеруються, тобто кожна з них має свій номер, або адресу. Ту ж саму адресу має і слово, яке зберігається в даній комірці. Місце розміщення слова в пам'яті називається адресою слова. Якщо пам'ять може зберігати М слів розрядністю n кожне, то в якості адреси використовуються числа від 0 до М–1. М адрес є адресним полем (простором) даного комп'ютера. Використовуючи двійкове кодування, необхідно |m бітів для представлення всіх адрес, де m =[Іоg₂М]. Значення в дужках означає більше ціле. Зазвичай пам'ять комп'ютера будується так, щоб М було кратним ступеню двійки, що дозволяє ефективніше використовувати розрядну сітку адреси, а також спрощує об­робку адрес.

Пам'ять з довільним доступом виконує дві основні операції: вибірку (або зчиту­вання) і запам'ятовування (або запис). Робота цієї пам'яті організована наступним чином. В режимі запису на адресний вхід пам'яті подається адреса комірки, в яку потрібно записати дане і сигналом запису це дане записується у вказану адресою комірку пам'яті. В режимі зчитування на адресний вхід пам'яті подається адреса комір­ки, з якої потрібно зчитати дані і сигналом зчитування це дане зчитується..

. З пам'яті з впорядкованим доступом дані вибираються в порядку, який визначається її внутрішньою структурою. Пам'ять з впорядкованим доступом будується таким чи­ном, що дані вибираються, або записуються, через вхідний регістр, а правило їх пере­міщення між комірками пам'яті "зашите" в зв'язках між ними.До такої пам'яті належить зокрема пам'ять з послідовним доступом, широко вико­ристовувана в комп'ютерах, з якої дані зчитуються послідовно одне за одним в порядку їх запису або в порядку зчитування.

Пам'ять з послідовним доступом будується таким чином, що дані зчитуються або записуються до цієї пам'яті в послідовному порядку одне за одним, утворюючи деяку чергу. Зчитування здійснюється з черги слово за словом в порядку запису або в зво­ротному порядку. Прямий порядок зчитування забезпечується пам'яттю типу FIFO з дисципліною обслуговування "перший прийшов - перший вийшов" (Firstі Іn, First Оut). Обернений порядок зчитування забезпечується пам'яттю типу LIFO з дисципліною об­слуговування "останній прийшов - перший вийшов" (Last Іn, Firrst Оut), або, що є тим же самим, пам'яттю типу FILO з дисципліною обслуговування "перший прийшов - остан­ній вийшов" (Firstі Іn, Last Оut). Пам'ять з послідовним доступом, яка побудована на ре­гістрах, часто називається стеком. Приклад такої пам'яті показано на Рис.8.2, де дані з шини через регістр даних РгД поступають до послідовно з'єднаних регістрив пам'яті Рг0, Рг1,... Рг(к-1), по яких рухаються вверх або вниз залежно від значення сигналу режиму роботи.

Рис.8.2

Пам'ять з асоціативним доступом ( або асоціативна пам'ять) зберігає разом з даними" і їх ознаки, в ролі якої може бути і саме дане. Ядро пам'яті з асоціативним доступом по­казане на рис. 8.3. Роль комірок цієї пам'яті виконують регістри. Числа записуються в до­вільні вільні регістри пам'яті. Дані вибираються з такої пам'яті на основі збігу їх ознак з заданою. Для цього ознаки даних з усіх регістрів пам'яті поступають на схему порівнян­ня, де порівнюються з заданою ознакою із регістра ознаки, і на вихід пам'яті поступають дані, ознаки яких збігаються з заданою.

В паралельній асоціативній пам'яті одночасно порівнюються з аргументом всі роз­ряди всіх полів ознак пам'яті (так званий одночасний пошук по слову). В послідовній асоціативній пам'яті одночасно порівнюються з бітом аргументу по одному біту кож­ного поля ознаки (так званий порозрядний пошук). Можливість паралельної роботи є основною перевагою асоціативної пам'яті. З неї можна одночасно зчитати всі дані з од­наковими ознаками. Можливість швидкого одночасного перегляду даних в такій пам'яті забезпечує їй широке використання в комп'ютерах, зокрема за принципом пам'яті з асо­ціативним доступом часто будується кеш- пам'ять.

Дата добавления: 2014-01-07