Характеристики системы памяти. Иерархия запоминающих устройств

Характеристики системы памяти.  Иерархия запоминающих устройств

1) Место расположения

§  процессорные, это наиболее скоростные виды памяти: регистры, кэш-память первого уровня ( L1). Они располагаются на одном общем кристалле с ЦП, а РОНы - часть ЦП;

§  внутренние - ЗУ, расположенные на системной плате. Это основная память, кэш-память L2;

§  внешние - медленные ЗУ большой ёмкости (магнитные и оптические диски, ленты и т.д.), к ядру ВМ они подключаются аналогично устройствам Вв/Выв.

2) Ёмкость

Характеризуют число битов либо байтов, которое может быть храниться в ЗУ. На практике применяются более крупные единицы: кило-10³;                             пира-10¹²;

мега-10⁶;                             пета-10¹⁵;

гига-10⁹;                              экза-10¹⁸.

В ВТ, ориентируются на двоичную систему счисления, это соответствует

2¹⁰, 2²⁰, 2³⁰, 2⁴⁰, 2⁵⁰и 2⁶⁰.

Во избежание разночтений ведущие международные организации по стандартизации, например, IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers), предлагают ввести новые обозначения, добавив к основной приставке слово binary, kilobinary, gigabinary, и т.д. Тогда килобайт- кибибайт, мегабайт- мебибайт и т.д. и сокращения Ki, Bi, Gi, Ti, Pi, Ei.

3) Единица пересылки

Для основной памяти единица пересылки определяется шириной ШД. Обычно единица пересылки равна длине слова, но не обязательно. Применимо к внешней памяти, данные часто представляются единицами, превышающими размер слова, такие единицы называются блоками.

4) Метод доступа к данным

§  последовательный. Пример ЗУ на МЛ. Для доступа к нужному элементу  необходимо прочитать все предшествующие  ему данные  - записи;

§  прямой доступ. Пример МД. Каждая запись имеет уникальный адрес, отражает её физическое размещение на носителе. Обращение осуществляется по адресу доступа к началу записи, с последующим последовательным доступом к определенной единице информации внутри записи;

§  произвольный доступ. Пример ЗУ - оперативная память (ОП). Каждая ячейка памяти имеет уникальный физический адрес. Обращение к любой ячейке занимает одно и тоже время и может производиться в произвольной очерёдности;

§  ассоциативный доступ. Этот вид доступа позволяет выполнять поиск ячеек, содержащих такую информацию, в которой значение отдельных битов совпадает с состоянием одноимённых битов в заданном образце. Сравнение осуществляется параллельно для всех ячеек памяти, независимо от её ёмкости. По ассоциативному принципу построенные некоторые блоки кэш- памяти.

5) Быстродействие

Для количественной оценки используют три параметра:

§  время доступа (Тд).  В ЗУ с произвольным доступом оно соответствует интервалу времени от момента поступления адреса до момента, когда данные становятся доступны или заносятся в память. В ЗУ с подвижными носителями информации - время затрачиваемое на позиционирование головок чтения-записи;

§  период обращения (То).  В ЗУ с произвольным доступом - минимальное время между двумя последовательными обращениями к памяти;

§  скорость передачи - это скорость, с которой данные могут передаваться в память или из неё. Для ЗУ с произвольным доступом равно 1/To

6) Физический тип

Три наиболее распространённые технологии:

§  полупроводниковая память;

§  память с магнитным носителем информации  - МД и  МЛ;

§  память с оптическими носителями - оптические диски.

7)  Физические особенности ЗУ

Например энергозависимось.

Магнитные и оптические – энергонезависимые.

Полупроводниковые - могут быть энергонезависимыми так и энергозависимыми.

Следует учитывать, приводит ли считывание к разрушению.

8)  Стоимость

Это отношение общей стоимости ЗУ к его ёмкости в битах, то есть стоимость хранения одного бита информации.

Иерархия ЗУ

Память – это узкое место фон-неймановской ВМ из-за серьёзного отставания по быстродействию от процессоров. Поэтому при выборе системы памяти приходится решать задачу обеспечения требуемой ёмкости и высокого быстродействия за приемлемую цену. Здесь учитывается тот факт, что

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

§  чем больше ёмкость, тем ниже стоимость хранения бита, но больше время доступа.

Наиболее распространён подход, здесь является построение памяти по иерархическому принципу. Более высокий уровень меньше по ёмкости, быстрее и имеет большую стоимость. При движении вниз по иерархической структуре:

§  ниже соотношение « стоимость/бит»;

§  больше ёмкость;

§  больше время доступа;

§  уменьшается частота обращения к памяти со стороны ЦП.

Самый быстрый, но минимальный по ёмкости тип памяти – это внутренние регистры ЦП. Между регистрами ЦП находится кэш-память, которая по ёмкости меньше ОП, но имеет большее быстродействие. Имеются два уровня кэш-памяти. Но в перспективе разработчики считают, что этих уровней может быть четыре. Между внутренними и внешними запоминающими устройствами может быть добавлен ещё один уровень – дисковая кэш-память, которая реализуется в виде самостоятельного запоминающего устройства, включаемого в состав магнитного диска. Она улучшает производительность при обмене информацией между