Вопрос 14. Основные характеристики запоминающих устройств

В структурном отношении запоминающее устройство (ЗУ) – множество ячеек памяти. Ячейка памяти – это фиксированная совокупность элементов памяти или запоминающих элементов (ЗЭ), обращение к которым при записи и чтении информации производится одновременно. Запоминающий элемент является элементарным структурным компонентом памяти, находящимся на самом низком уровне, который может находиться в одном из двух состояний, кодируемых двоичной цифрой 0 или 1. В ячейке памяти хранится единица информации, называемая словом памяти. Разрядность слова памяти равна количеству ЗЭ, которые образуют ячейку памяти, и в общем случае не совпадает с разрядностью машинного слова процессора.

Запоминающие устройства имеют ряд показателей качества, характеризующих их информационные и временные свойства. Основными из этих характеристик являются:

• информационная емкость или просто емкость;

• метод доступа;

• быстродействие.

Емкость (объем) ЗУ определяется максимальным количеством информации, которое одновременно может в нем храниться, и выражается в количестве слов определенной разрядности – битов, байтов или n-разрядных слов. Так как эта емкость может быть достаточно велика, то обычно используют более крупные единицы, образованные присоединением приставок К (кило), М (мега), Г (гига) или Т (тера) к перечисленным выше единицам. При этом надо учитывать, что в системах передачи и обработки информации эти приставки равны:

1К = 2¹⁰ = 1024;

1М = 2²⁰ = 1 048 676;

1Г = 2³⁰ = 1 073 741 824;

1Т = 2⁴⁰ = 1 099 511 627 776.

Различают 4 основных метода доступа.

1. Последовательный доступ. ЗУ с последовательным доступом ориентированы на хранение информации в виде последовательности блоков данных, называемых записями. Для доступа к нужному элементу необходимо прочитать все предшествующие ему данные. Время доступа зависит от положения требуемой записи в последовательности записей на носителе информации и позиции элемента внутри данной записи. Примером может служить ЗУ на МЛ.

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 элементу данных внутри записи. Примером может служить ЗУ на МД.

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

4. Ассоциативный доступ. Этот вид доступа позволяет выполнять поиск ячеек, содержащих такую информацию, в которой значение отдельных битов совпадает с состоянием одноименных битов в заданном образце. Сравнение осуществляется параллельно для всех ячеек памяти, независимо от ее емкости. Примером может быть кэш-память.

Быстродействие памяти оценивается с помощью ряда временных характеристик, из которых основными являются 3 параметра: время обращения, время цикла обращения (период обращения) и скорость передачи.

1. Время обращения к ЗУ при записи и чтении определяется следующим образом

;

,

где

• – время доступа. Время доступа – временной интервал, определяемый от момента начала операции обращения (процессор выставил на адресной шине адрес требуемой ячейки памяти) до момента, когда становится возможным осуществление связи с адресуемой ячейкой памяти по шине данных. Как правило, время доступа при записи и чтении одинаково;

• – время записи. Время записи – интервал времени от момента подачи информационных сигналов и сигнала, управляющего записью информации, до момента изменения состояния ЗЭ, образующих адресуемую ячейку памяти. Минимальная величина этого интервала определяется физическими свойствами элементов памяти, так как момент изменения состояния ЗЭ фиксируется с учетом завершения всех переходных процессов в электронных схемах ЗУ;

• – время считывания. Время считывания – продолжительность самого физического процесса считывания информации, т.е. процесса обнаружения и фиксации состояния ЗЭ, образующих адресуемую ячейку памяти.

Практически для большинства ЗУ .

2. В некоторых типах ЗУ перед записью в заданную ячейку памяти необходимо стереть в ней ранее записанную информацию, а при считывании слова из заданной ячейки памяти информация разрушается и ее необходимо восстанавливать (регенерировать).

Время цикла обращения к памяти (или просто цикла памяти) определяется как минимальный интервал времени между двумя последовательными обращениями к ЗУ, т.е. цикл чтения и цикл записи определяются как время с момента выдачи процессором адреса требуемой ячейки памяти и сигнала на чтение или запись до момента, когда заканчиваются все действия, связанные с выполняемой операцией, и память готова реализовать следующую операцию:

,

где – время подготовки, расходуемое на приведение в исходное состояние ЗЭ;

,

где – время, затрачиваемое на регенерацию разрушенной при считывании информации;

.

3. Скорость передачи – это скорость, с которой данные могут передаваться в память или из нее. Для памяти с произвольным доступом она равна . Для других видов памяти скорость передачи определяется соотношением:

,

где – среднее время считывания или записи битов, – среднее время обращения, – скорость пересылки в битах в секунду.

Другими важными характеристиками ЗУ являются:

• потребляемая мощность;

• стоимость 1 бита;

• надежность.