24. Иерархия памяти компьютера. Закон Мура.
В основе реализации иерархии памяти современных компьютеров лежат два принципа: принцип локальности обращений и соотношение стоимость/производительность. Принцип локальности обращений: большинство программ не выполняют обращений ко всем своим командам и данным равновероятно, а оказывают предпочтение некоторой части своего адресного пространства.
Иерархия памяти современных компьютеров строится на нескольких уровнях, причем более высокий уровень меньше по объему, быстрее и имеет большую стоимость в пересчете на байт, 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 так далее, пока мы не достигнем основания иерархии.
Иерархия памяти обычно состоит из многих уровней, но в каждый момент времени мы имеем дело только с двумя близлежащими уровнями. Минимальная единица информации, которая может либо присутствовать, либо отсутствовать в двухуровневой иерархии, называется блоком. Размер блока может быть либо фиксированным, либо переменным. Если этот размер зафиксирован, то объем памяти является кратным размеру блока.
Успешное или неуспешное обращение к более высокому уровню называются соответственно попаданием (hit) или промахом (miss). Попадание - есть обращение к объекту в памяти, который найден на более высоком уровне, в то время как промах означает, что он не найден на этом уровне. Доля попаданий (hit rate) или коэффициент попаданий (hit ratio) есть доля обращений, найденных на более высоком уровне. Иногда она представляется процентами. Доля промахов (miss rate) есть доля обращений, которые не найдены на более высоком уровне.
Закон Мура (1965 год): емкость каждой новой микросхемы памяти удваивается по сравнению с ее предшественницей, а сама новая микросхема появляется каждые 18-24 месяца. Мур отметил, что производительность компьютеров будет увеличиваться экспоненциально по времени.
Этот закон описывает не только рост емкости оперативной памяти, он часто используется для определения степени роста быстродействия процессоров и емкости жестких дисков. За 26 лет количество транзисторов процессора увеличилось в 18 тыс. раз: от 2,3 тыс. в процессоре 4004 до 140 млн. в Pentium III Xeon. Предполагалось, что к 2007 году компания Intel выпустит процессоры с рабочей частотой свыше 20 ГГц, содержащие более одного миллиарда транзисторов.
25.Построение и характеристики оперативной памяти. Микросхемы. Модули памяти.
Оперативная память (ОЗУ – оперативное запоминающее устройство) – память, часть системы памяти ЭВМ, в которую процессор может обратиться за одну операцию. Предназначена для временного хранения данных и команд, необходимых процессору для выполнения им операций. Оперативная память передаёт процессору команды и данные непосредственно, либо через кэш-память. Каждая ячейка оперативной памяти имеет свой индивидуальный адрес. Ячейка памяти – часть запоминающего устройства ЭВМ для хранения 1 машинного слова (числа) или его части (например, 1 байта). Общее число ячеек памяти всех запоминающих устройств определяет ёмкость памяти ЭВМ.
В современных вычислительных устройствах, оперативная память выполнена по технологии памяти с произвольным доступом (random access memory, RAM) – один из видов памяти, позволяющий в любой момент времени получить доступ к любой ячейке по её адресу на чтение или запись. Предназначены для записи, хранения и считывания информации в процессе её обработки. Всю память с произвольным доступом (RAM) можно разделить на два типа: DRAM (динамическая RAM) и SRAM (статическая RAM).
Термин оперативная память часто обозначает не только микросхемы, которые составляют устройства памяти в системе, но включает и такие понятия, как логическое отображение и размещение. Логическое отображение — это способ представления адресов памяти на фактически установленных микросхемах. Размещение — это расположение информации (данных и команд) определенного типа по конкретным адресам памяти системы.
Микросхемы оперативной памяти (RAM) иногда называют энергозависимой памятью: после выключения компьютера данные, хранимые в них, будут потеряны,
Физически оперативная память в системе представляет собой набор микросхем или модулей, содержащих микросхемы, которые подключаются к системной плате. Эти микросхемы или модули могут иметь различные характеристики и, чтобы функционировать правильно, должны быть совместимы с системой, в которую устанавливаются.
Существует два типа модулей DIMM. Модули памяти DIMM обычно содержат стандартные микросхемы SDRAM(синхронная динамическая память с произвольным доступом) или DDRSDRAM(синхронная динамическая память с произвольным доступом и удвоенной скоростью передачи данных).
Существует три физических типа модулей RIMM: 16/18-разрядная версия со 184 выводами, 32/36-разрядная версия, имеющая 232 вывода, и 64/72-разрядная версия, содержащая 326 выводов.
В системных платах используется несколько типов микросхем памяти. Большинство из них одноразрядные, но емкость их различна. Как правило, емкость модулей памяти кратна четырем, поскольку матрица, на основе которой создают микросхемы памяти, является квадратной. Четырехкратное увеличение емкости подразумевает увеличение количества транзисторов в четыре раза. Емкость современных модулей DIMM составляет 256 Мбайт – 4 Гбайт.