4 Модуль. Лекция 9. Память компьютера.

ЭВм работает только с двумя видами иерархии. Процессор работает только с регистрами. Постоянная память – энергонезависимая, хранит записанную информацию постоянно.

Оперативная память

ОП удовлетворяет запросы кэш-памяти, служит в качестве интерфейса ввода-вывода.

Элемент статического ОЗУ – триггер. Хранит единицу или ноль – 1 бит информации. Статическое ОЗУ признаки: 1. Высокое быстродействие 2. Малое время доступа 3. Малая площадь Как правило, используется при построении КЭШей. Кэш определяет производительность процессора, является первым уровнем организации памяти. Динамическое ОЗУ: Структура этой памяти требует регулярной регенерации заряда на транзисторе. Алгоритм: Процессор выставил на адресную шину эффективный адрес. Адрес делится на две части: дешифратор строк и дешифратор столбцов. С периодичностью в 2млс по меньшей мере, мы вынуждены регенерировать заряд. Следственно, образуются периоды, когда запрос памяти невозможен. Взаимодействие ОП и процессора: а) Синхронное б) Несинхронное Необходим посредник – контроллер памяти

Методы ускорения оп:

1. Статическая структура вместо динамической

2. Применение буферной памяти

А) Общение двух независимых устройств, обмен информацией через буфер б) Сопоставление скорости обмена различных устройств в) Постепенное накопление информации перед передачей одним массивом г) Выборочное чтение информации

К

ЦПУ

Запрос

ОП

КЭШ

эш память – главный буфер Производительность процессора повышается при помощи принципа локальности: 80% времени исполняемая команда обращается только к 20% адресного пространства. Значит, можно разделить программу на фрагменты и загружать в кэш только используемые части. Коэффициент попадания (hit-ray) ≈90%, то есть, в 9 из 10 случаев кэш направляет верно.

В случае промаха кэш напрямую обратится к ОП. ОП, получившая запрос, выставляет блок на своей шине. Кэш первого уровня находится ближе к процессору и работает с ним. Кэш второго уровня как правило, выносят за пределы процессора. Виды КЭШей: 1. Кэш прямого отображения 2. Полный ассоциативный кэш 3. Множественный ассоциативный кэш

Структура КЭШ-памяти

Адрес строки	Бит доставерности	тэг	данные	Возможные адреса
1111				16, 31, 47
….
0 001		0010	16 байт данных	1, 17, 33

Физ. Адрес запроса: 0010 0001 0110 Тэг – то, что позволяет определить, какой блок памяти представляет так или иная строка КЭШа.

Лекция 10. Внешняя память.

Для хранения информации независимо от источника питания существует внешняя память. Современные жёсткие диски позволяют релазиовать 300, 600-625 Гбайт на квадратный дюйм. В 25 млн раз уменьшилась стоимость одного байта памяти.

По формуле Фарадея скорости изменения линейного потока во времени, чем быстрее вы крутите диск, тем быстрее считывание. Плотность записи должна быть максимальной. Это достигатеся уменьшением размера головки и быстрым вращением диска. Сверхпарамагнитный эффект – когда домены дезориентируются в пространстве. Для вращения диска используют жидкостные масляные подшипники. Привод блока головки должен быть очень маленьким и точно позиционироваться. В магнитном диске запись на концентрических дорожках. Основные составляющие жёсткого диска: 1. Магнитный диск 2. Корпус 3. Головка 4. Коромысло 5. Двигатель привода дисков 6. Позиционер 7. Печатная плата с контроллером диска

Основные характеристики: - тип привода, способ парковки головки - надёжность, быстродействие, стоимость - вид интерфейса: параллельный или последовательный Контроллер диска – одна из главных составляющих винчерстера. SMART-система предполагает выполнение внутренней диагностики винчестера, определяющий состояние двигателя, магнитных головок и пр. Все дорожки с одинаковым номером представляют собой цилиндр. На каждой дорожке располагаются сектора записей: номер головки, сектора, цилиндра.

Блок головок.

На место продольной записи пришла поперечная. Главное отличие – направление намагниченных доменов. Термоассистирующая – запись, сочетающая два способа – изменение температуры и использование веществ с высокой коэрцитивностью. Подобные вещества стабильны, имеют низкий суперпарамагнитный предел, однако современные головки не могут создать такую силу.

Интерфейсы(классификация)

По способу передачи данных: последовательные и параллельные Режимы: дуплексный, полудуплексный, симплексный По способу синхронизации: синхронные, асинхронные

Флеш-память и гибридные диски

Флеш-память применяется для наиболее часто используемых данных (в частности, модулей операционной системы).

Лекция 11. Дисковые массивы и уровни RAID

В ряде случаев требуются системы хранения данных с «запредельными» параметрами: 1. С ёмкостью хранилища, превышающей ёмкость физического устройства 2. Скоростью передачи данных, превышающей скорость внутреннего устройства 3. С надёжностью системы, превышающей надёжность физического устройства Такую систему можно получить за счёт избыточности – параллельного использования множества обычных устройств. Один большой файл разбивается на несколько частей, которые записываются на разные диски. RAID - избыточный массив независимых дисков Зеркалирование данных – запись информации сразу на два диска зеркально, параллельно. Зеркалирование увеличивает надёжность хранения данных. Избыточные контрольные разряды уровней 2 и 3 работают сразу с 5ю дисками, храня на них не только полезные данные, но и байты чётности, позволяющие восстановить вышедший из строя диск за счёт остальных. При построении RAID – массива важен его контроллер. RAID массивы не увеличивают скорость записи данных, самой высокой скоростью(а также почти 100% защищенностью от несанкционированного доступа) обладает голографическая запись.