Кто не делится найденным, подобен свету в дупле секвойи (древняя индейская пословица)

Версия для печати

Библиографическая запись: Иерархическая организация памяти компьютера. — Текст : электронный // Myfilology.ru – информационный филологический ресурс : [сайт]. – URL: https://myfilology.ru//165/vychislitelnye-seti/ierarxicheskaya-organizacziya-pamyati-kompyutera/ (дата обращения: 27.04.2024)

Иерархическая организация памяти компьютера

Содержание

Согласно основным принципам организации ЭВМ по Дж. фон Нейману, трудности реализации единого емкого быстродействующего запоминающего устройства требует иерархического построения памяти. Должно быть по меньшей мере два уровня иерархии: основная память и внешняя память.

Памятью ЭВМ называется совокупность устройств, служащих для запоминания, хранения и выдачи информации.

Память ЭВМ предназначена для хранения программ и данных, причем эффективность работы ЭВМ во многом определяется характеристиками ее памяти. Во все времена к памяти предъявлялись три основных требования: большой объем, высокое быстродействие и низкая (умеренная) стоимость.

Все перечисленные выше требования к памяти являются взаимно-противоречивыми, поэтому пока невозможно реализовать один тип ЗУ, отвечающий всем названным требованиям. В современных ЭВМ организуют комплекс разнотипных ЗУ, взаимодействующих между собой и обеспечивающих приемлемые характеристики памяти ЭВМ для каждого конкретного применения. В основе большинства ЭВМ лежит трехуровневая организация памяти: сверхоперативная (СОЗУ) — оперативная (ОЗУ) — внешняя (ВЗУ). СОЗУ и ОЗУ могут непосредственно взаимодействовать с процессором, ВЗУ взаимодействует только с ОЗУ.

Основная память включает в себя два типа устройств: оперативное запоминающее устройство (ОЗУ, или RAM – Random Access Memory) и постоянное запоминающее устройство (ПЗУ, или ROM – Read Only Memory). ОЗУ предназначено для хранения переменной информации. Оно допускает изменение своего содержимого в ходе выполнения процессором вычислительных операций с данными и может работать в режимах записи, чтения, хранения.

ПЗУ содержит информацию, которая не должна изменяться в ходе выполнения процессором вычислительных операций, например, стандартные программы и константы. Эта информация заносится в ПЗУ перед установкой микросхемы в ЭВМ. Основными операциями, которые может выполнять ПЗУ, являются чтение и хранение.

Функциональные возможности у ОЗУ шире, чем у ПЗУ. Но ПЗУ сохраняет информацию при отключении питания (т.е. является энергонезависимой памятью).

Кроме основной памяти на системной плате ПК имеется и энергонезависимая память CMOS RAM (Complementary Metal-Oxide Semiconductor RAM), постоянно питающаяся от своего аккумулятора; в ней хранится информация об аппаратной конфигурации ПК (обо всей аппаратуре, имеющейся в компьютере), которая проверяется при каждом включении системы

СОЗУ обладает максимальным быстродействием (равным процессорному), небольшим объемом (101 —105 байтов) и располагается, как правило, на кристалле процессорной БИС. Для обращения к СОЗУ не требуются магистральные (машинные) циклы. В СОЗУ размещаются наиболее часто используемые на этом участке программы данные, а иногда — и фрагменты программы.

Быстродействие ОЗУ может быть ниже процессорного (не более чем на порядок), а объем составляет 106 —109 байтов. В ОЗУ располагаются подлежащие выполнению программы и обрабатываемые данные. Связь между процессором и ОЗУ осуществляется по системному или специализированному интерфейсу и требует для своего осуществления машинных циклов. Информация, находящаяся в ВЗУ, не может быть непосредственно использована процессором. Для использования программ и данных, расположенных в ВЗУ, их необходимо предварительно переписать в ОЗУ. Процесс обмена информацией между ВЗУ и ОЗУ осуществляется средствами специального канала или (реже) — непосредственно под управлением процессора. Объем ВЗУ практически неограничен, а быстродействие на 3—6 порядков ниже процессорного.

Следует помнить, что положение ЗУ в иерархии памяти ЭВМ определяется не элементной базой запоминающих ячеек (известны случаи реализации ВЗУ на БИС — "электронный диск" и, наоборот, организация оперативной памяти на электромеханических ЗУ — магнитных барабанах), а возможностью доступа процессора к данным, расположенным в этом ЗУ. При организации памяти современных ЭВМ (МПС) особое внимание уделяется сверхоперативной памяти и принципам обмена информацией между ОЗУ и ВЗУ.

Оперативная память

ОЗУ предназначено для хранения переменной информации. Оно допускает изменение своего содержимого в ходе выполнения процессором вычислительных операций с данными и может работать в режимах записи, чтения, хранения. Основными характеристиками ОЗУ являются объем и быстродействие. В современных ПЭВМ ОЗУ имеет модульную структуру. Увеличение объема ОЗУ обычно связано с установкой дополнительных модулей на 16, 32, 64, 128, 256, 512 Мбайт и 1 Гбайт. Время доступа к модулям DRAM составляет 60-70 нс.

Сверхоперативная память

Применение СОЗУ в иерархической памяти ЭВМ может обеспечить повышение производительности ЭВМ за счет снижения среднего времени обращения к памяти T при условии, что время цикла СОЗУ T_С будет (значительно) меньше времени цикла ОЗУ T₀.

Кэш-память — сверхоперативная память, обращение к которой намного быстрее, чем к оперативной, и в которой хранятся наиболее часто используемые участки последней. Сверхоперативные ЗУ используются для хранения небольших объемов информации и имеют значительно меньшее (в 2-10 раз) время считывания/записи, чем основная память. СОЗУ обычно строятся на регистрах и регистровых структурах.

Внешняя память

Внешняя память относится к внешним устройствам ПК и используется для долговременного хранения любой информации, которая может когда-либо потребоваться для решения задач. В частности, во внешней памяти хранится все программное обеспечение компьютера. Внешняя память представлена разнообразными видами запоминающих устройств, но наиболее распространенными из них, имеющимися практически на любом компьютере, являются показанные на структурной схеме накопители на жестких (НЖМД) и гибких (НГМД) магнитных дисках.

Назначение этих накопителей — хранение больших объемов информации, запись и выдача информации по запросу в оперативное запоминающее устройство. Различаются НЖМД и НГМД конструктивно, объемами хранимой информации, временем ее поиска, записи и считывания. В качестве устройств внешней памяти часто используются также накопители на оптических дисках (CD ROM — Compact Disk Read Only Memory) и реже — запоминающие устройства на кассетной магнитной ленте (НКМЛ, стримеры). В последние годы большой популярностью стали пользоваться устройства флеш-памяти.

Бройдо В. Л., Ильина О. П. Архитектура ЭВМ и систем: Учебник для вузов. — СПб.: Питер, 2006. — 718 с.
Жмакин А. П. Архитектура ЭВМ: 2-е изд., перераб. и доп.: учеб. пособие. — СПб.: БХВ-Петербург, 2010. — 352 с.
Пятибратов А.П., Гудыно Л.П., Кириченко А.А. Вычислительные машины, сети и телекоммуникационные системы: Учебно-методический комплекс. – М.: Изд. центр ЕАОИ. 2009. – 292 с.

18.07.2022, 661 просмотр.