4. Память
4.1. Иерархия памяти
Память ЭВМ представляет собой иерархию запоминающих устройств, отличающихся объемом, средним временем доступа и стоимостью хранения данных в расчете на один бит (рис. 7).
В основе иерархии памяти современных ЭВМ лежит принцип «стоимость/производительность»: с увеличением производительности возрастает и стоимость памяти, при этом пользователь всегда стремится иметь недорогую и быструю память. Кэш-память представляет некоторое решение этой проблемы.
Кэш-память – это способ организации совместного функционирования двух типов ЗУ, отличающихся временем доступа и стоимостью хранения данных, который позволяет уменьшить среднее время доступа к данным за счет динамического копирования в «быстрое» ЗУ наиболее часто используемой информации из «медленного» ЗУ. Важно, что механизм кэш-памяти является прозрачным для пользователя, который не должен сообщать никакой информации об интенсивности использования данных и не должен никак участвовать в перемещении данных из ЗУ одного типа в ЗУ другого типа, все это делается автоматически системными средствами.
Р
ис.
7. Иерархия ЗУ
Принцип действия кэш-памяти основан на наличии у данных объективных свойств: пространственной и временной локальности.
Пространственная локальность: если произошло обращение по некоторому адресу, то с высокой степенью вероятности в ближайшее время произойдет обращение к соседним адресам.
Временная локальность: если произошло обращение по некоторому адресу, то следующее обращение по этому же адресу с большой вероятностью произойдет в ближайшее время.
4.2 Физическая организация памяти
Физически память делится на внутреннюю и внешнюю.
Внутренняя память
Внутренняя память выполняется, чаще всего, в виде микросхем высокой степени интеграции. Внутренняя память может быть двух типов:
1) оперативное запоминающее устройство (ОЗУ или RAM, Random Access Memory);
2) постоянное ЗУ (ПЗУ или ROM, Read Only Memory).
ОЗУ является энергозависимой памятью, поскольку вся содержащаяся в ней информация теряется при выключении питания, и предназначено для временного хранения программ и данных. ПЗУ является энергонезависимой памятью, т.е. информация сохраняется и при выключении питания системы. ПЗУ предназначено для хранения управляющих работой ЭВМ стандартных программ, констант, таблицы символов и т.д.
ПЗУ могут быть масочными - запрограммированными на заводе изготовителе (ROM), однократно программируемыми пользователем (PROM), многократно программируемыми (репрограммируемыми) пользователем с ультрафиолетовым стиранием (EPROM) или с электрическим стиранием (EEPROM, Flash). Широкое распространение нашли также программируемые логические матрицы и устройства (PLM, PML, PLA, PAL, PLD, FPGA и т.д.) с большим выбором логических элементов и устройств на одном кристалле.
ОЗУ подразделяются на статическую память (SRAM), динамическую (DRAM) и регистровую (RG).
Существует четыре основных модели использования оперативной памяти: сегментированная, страничная, сегментно-страничная и плоская.