Раздел 2 Организация памяти эвм

Тема 1 Архитектура памяти эвм Память эвм

• Память – совокупность отдельных устройств, которые запоминают, хранят, выдают информацию. Отдельные устройства памяти называют запоминающими устройствами.

• Основные операции с памятью – запись, чтение (выборка). За одно обращение к памяти «обрабатывается», для различных устройств, различные единицы данных (байт, слово, двойное слово, блок).

• Основной единицей хранения данных в памяти является бит.

• Память состоит из ячеек, каждая из которых может хранить некоторую порцию информации. Каждая ячейка имеет номер, который называется адресом.

• Если память содержит n ячеек, они будут иметь адреса от 0 до n - 1. Все ячейки памяти содержат одинаковое число бит. Если ячейка состоит из k бит, она может содержать любую из 2^k комбинаций.

• Соседние ячейки имеют последовательные адреса.

Организация памяти эвм

• Ячейка — минимальная единица памяти, к которой можно обращаться, обычно кратна байту. Байты группируются в слова.

• Всю память ЭВМ можно разделить на основную (оперативную) и внешнюю.

• Главным параметром основной (оперативной) памяти (ОП) является доступное адресное пространство. Максимальный размер памяти, который может использоваться компьютером, определяется его системой адресации и разрядностью шины адреса.

Основная память (оп)

• С точки зрения адресации различают ОП:

  • Физическая ОП - конкретное физическое устройство памяти, адресация в котором осуществляется в соответствии с используемой схемой дешифрации адреса и управления выборкой данных.

  • Реальная ОП - устройство ОП, для которого может быть установлено соответствие между адресами обращения и выборкой информации. Объем реальной ОП не превышает объема физической памяти.

  • Виртуальная ОП — это память, границы которой определяются допустимым адресным пространством. Объем виртуальной памяти может значительно превышать объем реальной ОП.

Характеристики памяти

• Важнейшими характеристиками памяти являются емкость и быстродействие.

• Объем памяти характеризуют числом битов или байтов, которое может храниться в ЗУ.

• Быстродействие характеризует время, затрачиваемое на обращение к памяти. При оценке быстро­действия необходимо учитывать применяемый метод доступа к памяти.

Различа­ют четыре основных метода доступа:

• Последовательный доступ. Информация хранится в виде последовательности блоков данных. Для доступа к нужному блоку необходимо прочитать все предшествующие ему данные. Последовательный доступ применяется в ЗУ на магнитной ленте, CD. В памяти с последовательным доступом невозможны произвольное чередование операций чтения/записи и произвольность адресов. Но устройства последовательного доступа обеспечивают самое дешевое хранение больших объемов информации, к которой не требуется оперативного доступа:

• Прямой доступ. Данные в памяти хранятся блоками-записями. Каждая запись имеет уникальный адрес, отражающий ее физическое размещение на носителе информации. Обращение осуществляется по адресу блока к началу записи, с последующим последовательным доступом к определенной единице информации внутри записи. Такой режим характерен для магнитных дисков.

• Произвольный доступ. Память делится на ячейки. Обращение к любой ячейке в отличие от последовательного и прямого доступа занимает одно и то же время и может производиться в произвольной очередности, Произвольный доступ применяется в ЗУ оперативной памяти.

• Ассоциативный доступ. Доступ осуществляется по содержимому элементов данных. Позволяет выполнять поиск ячеек по заданному образцу. Сравнение осуществляется параллельно для всех ячеек памяти, независимо от ее емкости. По ассоциативному принципу построены некоторые блоки кэш-памяти.

Для количественной оценки быстродействия памяти используют параметры:

• Время доступа (Т_А). Соответствует времени от момента выдачи запроса на чтение/запись данных до момента, когда данные действительно начнут считываться или записываться в память. Время доступа также еще называют задержкой, или латентностью.

• Время передачи данных (Тт). Соответствует времени от момента начала непосредственной передачи данных до момента ее завершения. Полностью определяется скоростью передачи, измеряемой в битах в секунду.

• Длительность цикла обращения, или период обращения (Тр). Означает минимальное время между двумя последовательными обращениями к памяти. Период обращения вычисляется как

Т_Р=Т_А+N/R+Т_Е

где R – скорость пересылки в битах в секунду;

N – размер порции данных в байтах;

Т_Е - дополнительное время, которое требуется для завершения

обращения к памяти

• По виду реализуемых операций память бывает:

• двусторонней (память с любым обращением) ;

• односторонней.

• По физическому типу различают:

• полупроводниковую память;

• память на магнитных носителях;

• память на оптических носителях.

• Энергозависимость:

• В энергозависимой памяти информация может быть искажена или потеряна при отключении питающего напряжения;

• В энергонезависимых ЗУ информация сохраняется и при отключении источника питания.

• Стоимость - отношение общей стоимости ЗУ к его емкости в байтах.

• Память серьезно отстает по быстродействию от процессоров, причем разрыв этот неуклонно увеличивается.

• Для ЗУ справделива закономерность:

• чем меньше время доступа, тем выше стоимость хранения бита;

• чем больше емкость, тем ниже стоимость хранения бита, но больше время доступа.

• Характеристики объема памяти и ее быстродействия являются взаимно противоречивыми с точки зрения стоимости. Оперативная память минимум на три порядка быстрее внешней памяти, но, как правило, является энергозависимой, стоит значительно дороже и имеет ограниченный объем.