5. Организация памяти в компьютере

6.1. Назначение и основные характеристики памяти

Память используется для хранения следующих объектов:

1. Компьютерные программы.

2. Состояния всех устройств.

3. Данные (постоянные или переменные).

В памяти недопустима обработка данных и, следовательно, применимы всего две операции: выборка или чтение (информация не разрушается) и запись (предыдущая информация разрушается).

Память понимается как линейная последовательность ячеек, наделенных адресами, по которым осуществляется доступ к содержимому. Различают единицы адресуемой информации:

1. МАЕП – минимально адресуемая единица памяти.

В зависимости от вида данных:

1 бит (флаги слова состояния процессора, внешних устройств);

1 байт (арифметические данные, команды).

2. Слово – наибольшая длина данного, выбираемого за одно обращение (16, 32, 64, 128 бит).

Основные характеристики памяти:

1. Емкость (обозначается С) с диапазоном: 1 байт (регистр памяти) – n*100 Г байт (винчестер, оптический диск).

2. Быстродействие (обозначается Т) с диапазоном: n* 1нс (регистровая память) – n* 10 с (магнитная лента, оптический диск).

Чем больше емкость памяти, тем обычно меньше ее быстродействие. Для преодоления противоречия емкости и быстродействия используется иерархическая организация памяти.

Основные параметры, характеризующие быстродействие памяти:

а) t _{ВЫБОРКИ} – время от запуска памяти для считывания данного и до появления его в буферном регистре (не включает установку и дешифрацию адреса).

б) t _{ОБРАЩЕНИЯ} – среднее время, затраченное на обращение к памяти в двух последовательных циклах чтения и записи данных по разным адресам (включая время задания адреса и его дешифрации).

Как правило, выполняется соотношение t_ОБР  2t _ВЫБ.

3. Надежность – зависит от возникновения сбоев при считывании или записи данных и обеспечивается с помощью средств контроля (обнаружения и исправления ошибок):

а) Parity control – контроль по четности, позволяет обнаружить одиночные ошибки (в одном бите);

б) ECC (error checking and correction control) – контроль с использованием корректирующих кодов, использует два дополнительных бита. Позволяет обнаружить двойную ошибку или скорректировать одиночную ошибку.

4. Плотность записи (бит /см²), зависит от типа среды хранения информации, наиболее высокая плотность у оптических накопителей.

5. Стоимость хранения одного бита – важна для пользователя с финансовой точки зрения.

6.2. Основные среды хранения информации

1. Магнитная среда.

Исторически самые первые запоминающие устройства использовали магнитную среду, где в качестве носителя информации использовались магнитные материалы, в настоящее время применяются только в устройствах внешней памяти из-за низкого быстродействия.

2. Среда с накоплением зарядов.

В данном случае в качестве элемента памяти используются конденсатор и транзистор, позволяющие хранить один бит информации. В зависимости от вида материалов, различают: биполярную полупро-водниковую память (более быстрая) и память на МОП-структурах (металл – окисел – полупроводник), более медленную, но дешевую. Из-за разряда конденсатора информация хранится краковременно и ее надо регенерировать каждые 5-10 мсек.

3. Память на активных элементах с усилительными свойствами.

В качестве элементов памяти используются триггеры – электронные схемы с двумя устойчивыми состояниями, а сами структуры хранения называются регистрами (самый быстрый вид памяти, но имеет малую емкость). При наличии питающего напряжения информация хранится сколь угодно долго.

4. Оптические запоминающие устройства.

Запись информации осуществляется лазерным лучом, а представление информации определяется либо различными свойствами прохождения луча через среду, либо поляризацией материала среды (достаточно высокая плотность записи и малая цена хранения одного бита информации).