Иерархия ЗУ

ПАМЯТЬ

Этап выборки операндов

Вычисленные на предыдущем этапе исполнительные адреса используются для считывания операндов из памяти и занесения в определенные (вспомогательные) регистры процессора, а их пересылка на вход АЛУ происходит на этапе исполнения операции.

Этап исполнения операции

На данном этапе реализуется указанная в команде операция

Этап записи результата

Этап записи результата присутствует в цикле тех команд, которые предполагают занесение результата в регистр или ячейку ОП.

В любой ЭВМ, вне зависимости от ее архитектуры, программы и данные хранятся в памяти. Памятью ЭВМ называется совокупность устройств, служащих для запоминания, хранения и выдачи информации. Термин «ЗУ» - запоминающее устройство – используется, когда речь идет о принципах построения памяти (например, ЗУ на магнитном диске, термин «память» - когда говорят о функции или месте памяти в составе ЭВМ (основная, кэш, ПЗУ и.т.д.) Функции памяти обеспечиваются запоминающими устройствами (ЗУ), предназначенными для фиксации, хранения и выдачи информации в процессе работы ВМ. Процесс фиксации информации в ЗУ называется записью, процесс выдачи информации – чтением или считыванием, а совместно их определяют как процессы обращения к ЗУ.

Основные характеристики систем памяти:

1. Место расположения

2. емкость

3. единица пересылки

4. метод доступа

5. быстродействие

6. физический тип

7. физические особенности

8. стоимость

По месту расположения ЗУ подразделяются на:

1. процессорные (регистры, кэш-память L1 первого уровня), которые обычно располагаются на общем кристалле с ЦП или входят в его состав (РОНы) и обладают наиболее высоким быстродействием, т.е. минимальным временем доступа к информации.

2. внутренние (внутренняя память), которые располагаются на системной плате. К ним относятся основная (оперативная) память, кэш-память L2 второго и последующих уровней (причем L2 может располагаться на кристалле процессора)

3. внешние (внешняя память), которые обладают большой емкостью, но являются наиболее медленными (магнитные и оптические диски, магнитные ленты)

Емкость ЗУ – это число бит или байтов, которое может храниться в запоминающем устройстве.

Единица пересылки ЗУ – для основной памяти (ОП) она равна длине машинного слова, которое определяется шириной шины данных. Для внешней памяти единица пересылки называется блоком и может превышать длину машинного слова.

Метод доступа к данным в ЗУ. Различают четыре основных метода доступа:

1. Последовательный доступ. В ЗУ с последовательным доступом информация хранится в виде последовательности блоков данных, называемых записями. Для доступа к нужному слову необходимо прочитать все предшествующие ему данные, причем время доступа зависит от положения требуемой записи в последовательности записей на носителе (ЗУ на магнитной ленте).

2. Прямой доступ. Каждая запись имеет уникальный адрес, отражающий ее физическое размещение на носителе информации. Обращение осуществляется как адресный доступ к началу записи, с последующим последовательным доступом к определенной единице информации внутри записи. В результате время доступа к определенной позиции является величиной переменной (ЗУ на магнитных дисках).

3. Произвольный доступ. Каждая ячейка памяти имеет уникальный физический адрес. Обращение к любой ячейке занимает одно и то же время и может производиться в произвольной очередности (основная память).

4. Ассоциативный доступ. Это поиск ячеек памяти, содержащих такую информацию, в которых значение отдельных битов совпадает с состоянием отдельных битов в заданном образце.

Быстродействие ЗУ. Для его количественной оценки используются три параметра:

Ø Время доступа (Т_д). Для памяти с произвольным доступом оно соответствует интервалу времени от момента поступления адреса до момента, когда данные заносятся в память или становятся доступными. В ЗУ с подвижным носителем это время, затрачиваемое на установку головки записи/считывания (или носителя) в нужную позицию.

Ø Период обращения (Т_ц). Это минимальное время между двумя последовательными обращениями к памяти. Оно включает в себя время доступа плюс дополнительное время на затухание сигнала в линии или регенерации информации в ЗУ с ее разрушением.

Скорость передачи. Это скорость, с которой данные могут передаваться в память или из нее. Для памяти с произвольным доступом она равна 1/ Т _ц. Для других видов памяти скорость передачи определяется соотношением:

Т_N = Т_А + N/R,

где Т_N – среднее время считывания или записи N битов; Т_А – среднее время доступа; R – скорость пересылки в битах в секунду.

Физический тип ЗУ. Различают полупроводниковую память (ОП), память с магнитным носителем информации (магнитные диски и ленты), память с оптическим носителем (оптические диски).

Физические особенности ЗУ. В энергозависимой памяти информация может быть уничтожена при отключении питания (ОП). В энергонезависимых ЗУ записанная информация сохраняется и при отключении питания (магнитная и оптическая память). Различают также память с разрушением информации при считывании или без потери информации.

Стоимость ЗУ. Это отношение общей стоимости ЗУ к его емкости в битах, т.е. стоимость хранения одного бита информации. Для современных ЗУ характерным является то, что:

Ø чем меньше время доступа, тем выше стоимость хранения бита;

Ø чем больше емкость, тем ниже стоимость хранения бита, но больше время доступа.

Иерархическая память состоит из ЗУ различных типов, которые в зависимости от характеристик относят к определенному уровню иерархии. Более высокий уровень меньше по емкости, быстрее и имеет большую стоимость при пересчете на бит, чем более низкий уровень. Уровни иерархии взаимосвязаны: все данные на одном уровне могут быть также найдены на более низком уровне, и все данные на этом более низком уровне могут быть найдены на следующем нижележащем уровне и т.д.

Четыре верхних уровня памяти образуют внутреннюю память ВМ, а все нижние уровни – это внешняя или вторичная память.

По мере движения вниз по иерархической структуре:

1. Уменьшается соотношение «стоимость/бит»

2. Возрастает емкость

3. Растет время доступа

4. Уменьшается частота обращения к памяти со стороны ЦП

На каждом уровне иерархии информация разбивается на блоки, выступающими в качестве наименьшей информационной единицы, пересылаемой между двумя соседними уровнями иерархии. При доступе к командам и данным сначала производится поиск в памяти верхнего уровня. Факт обнаружения нужной информации называется попаданием(hit). В противном случае говорят о промахе (miss). При промахе производится поиск в ЗУ более низкого уровня, где также возможны попадание или промах. При обнаружении необходимой информации выполняется последовательная пересылка блока, причем, только между соседними уровнями.

Самый быстрый, но минимальный по емкости тип памяти – это внутренние регистры ЦП, которые называются СОЗУ – сверхоперативная память. Основная память (ОП), значительно большей емкости, располагается несколькими уровнями ниже. Между регистрами ЦП и ОП располагается кэш-память, которая по емкости проигрывает ОП, но превосходит её по быстродействию, уступая при этом СОЗУ.

В большинстве современных ВМ имеется несколько уровней кэш-памяти, которую обозначают буквой L (L1, L2, L3, L4 и т.д.) Причем быстродействие каждого последующего уровня кэш-памяти меньше, а емкость памяти больше.

Для долговременного хранения больших объемов информации используются внешние ЗУ (магнитные диски, оптические диски, магнитная лента).

Между основной памятью и дисками располагается дисковая кэш-память, которая реализуется в виде самостоятельного ЗУ, включенного в состав магнитного диска.

Иерархичность памяти позволяет экономически эффективно сочетать хранение больших объемов информации с быстрым доступом к ней в процессе обработки. ЗУ содержит множество одинаковых ЗЭ образующих запоминающий массив (ЗМ). Он, обычно, разделен на ячейки, каждая из которых предназначена для хранения двоичных кодов. Способ организации памяти зависит от методов размещения и поиска информации в ЗМ. По этому признаку различают:

ü адресную память;

ü ассоциативную память;

ü стековую память.

В памяти с адресной организацией размещение и поиск информации в запоминающем массиве основаны на использовании адреса хранения слова, где адресом служит № ячейки ЗМ, в котором это слово размещается. При записи/чтении в массив инициируя эту операцию, команда должна указать адрес, т.е. № ячейки по которому производится считывание/запись.

Дата добавления: 2014-01-07