Организация памяти Характеристики устройств памяти
Памятью ЭВМ называется совокупность устройств, служащих для хранения, фиксации (записи) и выдачи (чтения) информации (программ и данных).
Основные характеристики устройств памяти:
местоположение
емкость
единица пересылки данных
метод доступа
быстродействие
стоимость хранения единицы информации
По местоположению устройства памяти подразделяются на процессорные (регистры, кэш), внутренние (смонтированные на системной плате) и внешние (ВЗУ).
Единица пересылки для ОП определяется шириной шины данных (число битов, передаваемых параллельно). Обычно это длина машинного слова. Для ВЗУ - это размер блока для данного ВУ.
Метод доступа влияет на быстродействие. Различают четыре основных метода доступа:
Последовательный – для доступа к нужному элементу надо прочитать все предшествующие ему элементы. Время доступа зависит от положения элемента. Пример – ВЗУ на магнитной ленте
Прямой – каждый элемент имеет уникальный адрес, отражающий его физическое размещение на носителе. Время доступа – величина переменная. Пример – ВЗУ на магнитных дисках.
Произвольный – каждый элемент имеет уникальный физический адрес. Обращение к любому элементу занимает одно и то же время и может производиться в любом порядке. Пример – ОП.
Ассоциативный - поиск элемента производится по конкретному содержимому, независимо от его адреса. Для организации поиска используются определённые признаки, например, ключевые слова. Сравнение выполняется параллельно для всех элементов памяти независимо от ёмкости. Ассоциативные устройства являются более сложными, но обеспечивают более быстрый доступ к данным. По такому принципу часто построены блоки кэш-памяти.
Быстродействие (задержка) памяти определяется временем доступа и длительностью цикла памяти. Время доступа представляет собой промежуток времени между выдачей запроса на чтение и моментом поступления запрошенного элемента из памяти. Длительность цикла памяти определяется минимальным временем между двумя последовательными обращениями к памяти.
Иерархическая структура памяти эвм
Для фон-Неймановских ЭВМ память часто называют «узким местом» из-за постоянного отставания по быстродействию от процессоров. К тому же, чем меньше время доступа, тем выше стоимость устройства памяти.
Требования к увеличению емкости и быстродействия памяти, снижению времени доступа, а также к снижению ее стоимости являются противоречивыми. Чем больше быстродействие, тем технически труднее достигается и дороже обходится увеличение емкости памяти. Стоимость памяти составляет значительную часть общей стоимости ЭВМ. Исходя из этого, память ЭВМ организуется в виде иерархической структуры запоминающих устройств, обладающих различным быстродействием и емкостью.
Чем выше уровень, тем выше быстродействие соответствующей памяти, но меньше её емкость. Система управления памятью обеспечивает обмен информационными блоками между уровнями, причем обычно первое обращение к блоку информации вызывает его перемещение с низкого медленного уровня на более высокий. Это позволяет при последующих обращениях к данному блоку осуществлять его выборку с более быстродействующего уровня памяти.
Рис. . Иерархия запоминающих устройств
Сравнительно небольшая емкость оперативной памяти компенсируется практически неограниченной емкостью внешних запоминающих устройств. Однако эти устройства значительно более медленные. Исходя из этого, вычислительный процесс должен протекать с возможно меньшим числом обращений к внешней памяти.