43. (2 Страница) Способы организации памяти, в зависимости от методов поиска и размещения Информации

3. Стековая память (магазинная)

Стековая память, так же как и ассоциативная, является безадресной. Стековая память может быть организована как аппаратно, так и на обычном массиве адресной памяти.

Кроме этого, требуется соответствующее програм­мное обеспечение. Принципы стековой организации данных на обычной адресной памяти иллюстрируются схемой на рис. 5.5.

В отличие от аппаратного стека данные, размещенные в программном стеке, при записи нового числа или считывании не перемещаются. Запись каждого нового слова осуществляется в ячейку памяти, следующую по порядку за той, адрес которой содержится в указателе стека. После записи нового слова содержимое указателя стека увеличивается на единицу (см. рис. 6.5). Таким образом, в программном стеке перемещаются не данные, а вершина стека. При считывании слова из стека происходит обратный процесс. Слово считывается из ячейки, адрес которой находится в указателе стека, после чего содержимое указателя стека уменьшается на единицу.

44. Структура и алгоритм функционирования адресного зу.

В ЗУ с адресным доступом код адреса, подаваемый на его вход, однозначно определяет ячейку, к которой выполняется обращение. Такие ЗУ являются наиболее разработанными, и другие виды памяти часто строят на их основе с соответствующими модификациями.

Адресные запоминающие устройства обычно являются внутренними, полупроводниковыми, реализующими, в зависимости от структурной организации, заданные режимы записи/чтения.Типичными представителями таких ЗУ являются постоянные запоминающие устройства (ПЗУ), предназначенные только для хранения и чтения данных, и оперативные запоминающие устройства (ОЗУ или ОП), предназначенные не только для хранения и чтения, но и для оперативной , в процессе вычислений, записи необходимых данных.Основу любого адресного ЗУ составляет запоминающий массив (ЗМ), представляющий собой совокупность определенным образом соединенных ЗЭ, где каждый элемент хранит бит информации. Любой ЗЭ должен реализовать следующие режимы работы: хранение состояния, выдача сигнала состояния (чтение), запись нуля или единицы. Очевидно, что к ЗЭ должны поступать управляющие сигналы для задания режима работы, а также информационный сигнал при записи. Запоминающий массив имеет систему адресных и разрядных линий (линий выборки). Адресные линии используются для выделения по задаваемому адресу совокупности ЗЭ (запоминающей ячейки). Выборка отдельных разрядов выполняется разрядными линиями, по которым передается хранимая в ЗЭ информация об их состоянии или информация о записываемых данных. Запоминающие массивы строятся из специфичных ЗЭ, для которых характерно использование троичных сигналов и совмещение разрядных линий входных и выходных сигналов.

Накопитель предназначен для хранения информации и состоит из запоминающих элементов (ЗЭ), каждый из которых может хранить единицу информации (обычно двоичную - бит). Запоминающие элементы объединяются в ячейки памяти (ЯП), которые чаще всего имеют одинаковое количество ЗЭ и служит для хранения одного слова данных. Каждая ячейка имеет определенный признак, по которому ее можно отыскать в накопителе. Таким признаком часто является номер ячейки, называемый адресом. При записи информации в ЯП ранее хранившееся в ней слово стирается и на его место записывается новое. При считывании информации из ячейки записанное в ней слово должно сохраниться для его многократного использования в процессе вычислений. Поскольку в некоторых ЗУ считывание информации сопровождается ее разрушением, то в этом случае необходимо предусмотреть восстановление (регенерацию) считанной информации.

Канал поиска информации предназначен для отыскания по заданному признаку той ЯП, к которой производится обращение. Признак поступает в канал поиска по кодовым шинам признака (КШПр). В качестве признака чаще всего используется адрес ячейки.

Канал записи обеспечивает запись в выбранную ячейку информации, которая поступает по кодовым шинам записи (КШЗп).

Канал воспроизведения осуществляет считывание информации из выбранной ячейки накопителя. Считанная информация поступает по кодовым шинам чтения (КШЧт) на выход. Для ЗУ с разрушением информации при считывании необходимо предусмотреть возможность ее регенерации. С этой целью считанная информация передается также в канал записи.

Блок местного управления по сигналам центрального устройства управления обеспечивает работу всех узлов ЗУ в режимах записи и считывания информации.

В режиме записи осуществляется занесение данных в ЗУ. При этом выделяют два этапа: поиска нужной ячейки и непосредственно записи в нее информации. В ряде случаев процессу записи должен предшествовать процесс стирания информации в выбранной ячейке.

В режиме считывания осуществляется получение данных из ЗУ. Считывание возможно с разрушением и без разрушения данных. Для считывания без разрушения данных необходимо выполнение двух этапов: поиска нужной ячейки и считывания из нее информации. Считывание с разрушением предполагает, кроме того, этап восстановления информации.

Очевидно, что в общем случае, запоминающее устройство можно рассматривать как функциональную часть ЭВМ, предназначенную для приема (записи), хранения и считывания (чтения) данных. При этом ЗУ, независимо от принадлежности его к тому или иному уровню иерархической структуры, имеет некоторый стандартный набор характеристик.

Характеристики ЗУ. Информационная емкость – максимально возможный объем хранимой информации, измеряемый в битах, байтах, а иногда в количестве слов или ячеек памяти фиксированной разрядности. Бит или разряд хранится запоминающим элементом (ЗЭ), а слово – запоминающей ячейкой (ЗЯ). Байт состоит из 8 бит. Несколько байт образуют слово. Длина слова, в свою очередь, определяется разрядной сеткой ЭВМ. Например, если слово состоит из 2 байт, то, соответственно, двойное слово будет состоять из 4 байт. При определении емкости ЗУ часто используют единицы измерения кило-, мега-, гига- и терабайт. 1024 бит обозначают 1 Кбит. 1024 байт – 1 Кбайт. 1024 Кбайт или 2¹⁰ Кбайт обозначают 1 Мбайт. 1024 Мбайт – 1 Гбайт, а 1024 Гбайт – 1 Тбайт.

Время обращения – интервал времени между подачей сигнала на запись/чтение данных в ЗУ и их (записью/чтением) завершением. В общем случае время обращения определяется как

t_обр.= t_дост. + t_зп/чт + t_реген.,

где t_дост. – время доступа к ЗЯ;

t_зп/чт – время регистрации (записи) или считывания (чтения) данных в одной ЗЯ;

t_реген. – время восстановления (регенерации) данных при разрушающем считывании.

Быстродействие(производительность) ЗУ определяется количеством обращений в единицу времени и рассчитывается как величина, обратная t_обр..

Организация ЗУ – характеристика, определяющая использование информационной емкости и представляющая собой произведение числа хранимых слов на их разрядность. Например, ЗУ емкостью 256 Кбайт имеет организацию 65536х32. Действительно, 256 Кбайт = 2⁸×2¹⁰×2³ =2²¹бит и 65536×32 = 2¹⁶×2⁵ = 2²¹ бит.

Существует также ряд дополнительных характеристик, свойственных конкретным типам ЗУ, речь о которых пойдет ниже.

По способам доступа к данным все ЗУ можно условно разделить на четыре класса: ЗУ с произвольным или адресным доступом; ЗУ с прямым или циклическим доступом; ЗУ с последовательным доступом и запоминающие устройства с безадресным доступом к данным.

В ЗУ с произвольным или адресным доступом каждой ЗЯ соответствует свой номер или адрес. Время доступа t_дост. = const, а следовательно, время обращения также является постоянным и не зависит от адреса ЗЯ.

В ЗУ с прямым или циклическим доступом, к которым относят устройства на магнитных и оптических дисках, благодаря вращению носителя информации, возможность обращения к некоторому его участку для записи или чтения циклически повторяется. Время обращения t_обр. ≠ const, что связано с переменностью t_дост., которое в этом случае определяется как

t_дост. = t_поиска + t_позиц.,

где t_поиска – время, необходимое для перемещения головок чтения/записи на нужную дорожку носителя;

t_позиц. – время от момента подведения головок чтения/записи к нужной дорожке до момента, когда под ними окажется начало нужного сектора.

Для ВЗУ с последовательным доступом характерным является последовательный просмотр участков подвижного носителя информации, пока нужный его участок не займет некоторое требуемое положение. В этом случае также t_обр. ¹ const, что связано с переменным значением времени t_дост..