1. Архитектура машинной памяти

Основными техническими характеристиками ЗУ ЭВМ являются ем­кость и быстродействие. Емкость ЗУ определяет предельное количество информации, которое может разместиться в ЗУ, и выражается в битах или байтах, а чаще в более крупных единицах - килобайтах (К байт) или мегабайтах (М байт): 1 Кбайт = 1024 байт (2¹⁰ байт), а 1 М байт = = 1024 Кбайт (2²⁰ байт). Быстродействие ЗУ оценивается временем обращения (временем цикла), т.е. промежутком времени, требуемым для считывания и записи информации в данном ЗУ (иначе, это минималь­ный промежуток времени между двумя командами считывания). Часто используют другой параметр, характеризующий быстродействие ЗУ, — время выборки (время считывания) информации — интервал времени между моментом подачи сигнала считывания до момента получения вы­ходных информационных сигналов.

В соответствии со значени­ями параметров емкости и быстродействия разделяют память на опера­тивную (ОП), реализуемую оперативными запоминающими устройст­вами (ОЗУ), и внешнюю (ВП), функции которой выполняют разнооб­разные внешние запоминающие устройства (ВЗУ). Однако, несмотря на такое разделение, разница в быстродействии процессора, ОП и ВП остается очень большой. Поэтому обмен информацией между этими структурными единицами ЭВМ осуществляется через дополнительные уровни, называемые буферными. Таким образом, архитектура машин­ной памяти имеет многоуровневую структуру.

К первому уровню отно­сятся регистровая память (Рг) и сверхоперативные за­поминающие устройства (СОЗУ). Регистры предназ­начены для хранения малых объемов информации (ем­костью в одно слово). Реги­стровая память обладает очень высоким быстродей­ствием и обычно входит в состав процессора.

СОЗУ хранят информа­цию, к которой происходит наиболее частое обращение процессора. Это могут быть управляющая информация операционной системы, операнды и результаты выполнения некоторых операций, коды базы и индекса, используемые при формировании исполнительных адресов, и т.п. СОЗУ выполняются на интегральных схемах, тонких магнитных пленках или на микроминиатюрных ферритовых сердечниках. СОЗУ может конструк­тивно входить в ОЗУ или существовать в виде самостоятельного ЗУ.

В ЕС ЭВМ память, относящаяся к первому уровню, называется местной или локальной памятью и представляет собой регистровое сверхбыстродействующее ОЗУ, входящее в состав процессора. Память первого уровня выполняет роль буфера между ОП и процессором, сглаживая разницу в их быстродействии.

Второй уровень в иерархии машинной памяти образует оперативная память. ОЗУ хранят информацию, непосредственно участвующую в рабо­те процессора. Ко второму уровню относятся также постоянные запоминающие устройства (ПЗУ). Они хранят неизменяемую информацию, например различные константы, таблицы функций, микропрограммы. Информацию с ПЗУ в процессе работы ЭВМ можно только считывать.

В ЕС ЭВМ ПЗУ используются для хранения микропрограмм и вклю­чаются в состав процессора.

К третьему уровню относятся буферные ЗУ (БЗУ), использование которых повышает эффективность обмена между ВП и ОП, имеющими существенно разное быстродействие. В качестве БЗУ обычно использует­ся специально выделенная область ОП.

Четвертый уровень архитектуры машинной памяти образует внеш­няя память. На ВЗУ хранятся данные, не используемые в данный момент времени процессором (не участвующие непосредственно в обработке), а также большие информационные массивы и архивные данные. Наибо­лее распространенными являются ВЗУ с магнитными носителями инфор­мации, а именно накопители на магнитных дисках (НМД), магнитных барабанах (НМБ) и магнитных лентах (НМЛ).

Характерной особенностью многих ВЗУ является практически неог­раниченный объем памяти. Объясняется это тем, что такие ВЗУ обладают сменными носителями информации, число которых может быть как угодно велико.

Устройства ВП делятся на устройства с непосредственным (прямым) доступом к данным и последовательным доступом. В первых время доступа не зависит от места расположения данных на носителе, во вто­рых время, необходимое для доступа к нужным данным, связано с мес­том расположения данных на носителе.