Ієрархія пам’яті (перерахуйте рівні пам’яті сучасної ЕОМ)

Ієрархія пам'яті ЕОМ. Пам'ять ЕОМ повинна мати велику інформаційну ємність V, малий час звернення t (високу швидкодію), високу надійність і низьку вартість. Але зі збільшенням ємності знижується швидкодія і зростає вартість. Розподіл пам'яті на ОЗУ і ВЗУ не знімає цю суперечність повністю, так як різниця в швидкодії процесора, ОЗУ і ВЗУ дуже велике. Тому обмін інформацією здійснюється через додаткові буферні пристрої, тобто пам'ять ЕОМ має ієрархічну багаторівневу структуру. Чим більше швидкодія ЗУ, тим вище вартість зберігання 1 байта, тим меншу ємність має ЗУ.

Ієрархія пам'яті ЕОМ:

· Регістри мікропроцесорної пам'яті, а також кеш-пам'ять першого і другого рівня t = 10-9-10-6 t = 10-9-10-6 с, V = 102-104 біт);

· Внутрішня пам'ять ПЗУ, ОЗУ t = 10-6-10-3 t = 10-6-10-3 с, V = 10-4-107 біт);

· Зовнішня пам'ять (t = 10-3-1 с, V = 107-109 біт);

· Масова або архівна пам'ять (t = 1-10 с, V = 109-1010 V = 109-1010 біт).

Ця система запам'ятовуючих пристроїв працює як єдине ЗУ з великою ємністю (за рахунок зовнішніх ЗУ) і високою швидкодією (за рахунок внутрішніх ЗУ).

Мікропроцесорна пам'ять - високошвидкісна пам'ять невеликої ємності, що входить в МП і використовувана АЛУ для зберігання операндів і проміжних результатів обчислень. Кеш-пам'ять - це буферна, не доступна для користувача пам'ять, автоматично використовується комп'ютером для прискорення операцій з інформацією, що зберігається в повільно діючих запам'ятовувальних пристроях. Для прискорення операцій з основною пам'яттю організується регістрова Кеш-пам'ять усередині мікропроцесора (Кеш-пам'ять першого рівня) або поза мікропроцесора на материнській платі (Кеш-пам'ять другого рівня); для прискорення операцій з дисковою пам'яттю організується Кеш-пам'ять на елементах електронної пам'яті.

Внутрішня пам'ять складається з ПЗУ (ROM - Read Only Memory) і ОЗУ (RAM - Random Access Memory - пам'ять з довільним доступом). ПЗУ складається з встановлених на материнській платі мікросхем і використовується для зберігання незмінної інформації: завантажувальних програм операційної системи (ОС), програм тестування пристроїв комп'ютера і деяких драйверів базової системи введення-виведення (BIOS - Base Input-Output System) і ін. З ПЗУ можна тільки зчитувати інформацію, ємність ПЗУ - сотні Кбайт. Це незалежна пам'ять, - при відключенні ЕОМ інформація зберігається.

Зовнішня пам'ять відноситься до зовнішніх пристроїв ЕОМ і використовується для довготривалого зберігання будь-якої інформації, яка може знадобитися. У ВЗУ зберігається програмне забезпечення ЕОМ. Зовнішня пам'ять: НЖМД і ЖМД, НГМД і ГМД (магнітний диск), стример (НМЛ - накопичувач на магнітній стрічці), оптичні накопичувачі для CD-ROM і DVD-дисків.

Регістр і реєстровий вид пам'яті

Ієрархія пам'яті. Роль оперативної пам'яті. Багатозадачність.

Кеш пам'ять = сверхоперативная пам'ять

Відомо, що пам'ять ЕОМ призначена для зберігання програм і даних, причому ефективність роботи ЕОМ багато в чому визначається характеристиками її пам'яті. У всі часи до пам'яті пред'являлися три основні вимоги: великий обсяг, високу швидкодію і низька (помірна) вартість.

Всі перераховані вище вимоги до пам'яті є взаємно-суперечливими, тому поки неможливо реалізувати один тип ЗУ, що відповідає всім названим вимогам. У сучасних ЕОМ організовують комплекс різнотипних ЗУ, взаємодіючих між собою і забезпечують прийнятні характеристики пам'яті ЕОМ для кожного конкретного застосування.

I. Регістрова пам'ять - місцева пам'ять процесора.

2) Найменше час доступу

"Регістри" (registers) - модулі, побудовані на тригерах.

Тригер - це пристрій послідовного типу з двома стійкими станами рівноваги, призначене для запису і зберігання інформації. Під дією вхідних сигналів тригер може перемикатися з одного стійкого стану в інше. При цьому напруга на його виході стрибкоподібно змінюється. (Раптом запитає)

У регістрах зберігаються операнди (числа (виконавчі), які процесор обробляє, при виконанні поточної команди)

або результати їх команд, які виконує процесор в поточному такті.

II. надоперативна пам'ять

СОЗУ володіє максимальною швидкодією (рівним процесорного), невеликим обсягом (10 5 - 10 7 байтів) і розташовується, як правило, на кристалі процессорной БІС. Для звернення до СОЗУ не потрібні магістральні (машинні) цикли. У СОЗУ розміщуються найбільш часто використовувані на даній ділянці програми дані, а іноді - і фрагменти програми.

В обчислювальних системах використовують багаторівневий кеш

1. Кеш процесора 1го рівня (L1) - час доступу порядку декількох тактів, розміром в десятки кілобайт

2. Кеш процесора 2го рівня (L2) - більший час доступу (від 2 до 10 разів повільніше L1), близько полумегабайта або більше

3. Кеш процесора 3го рівня (L3) - час доступу близько сотні тактів, розміром в декілька мегабайт (в масових процесорах використовується з недавнього часу)

У настільних системах зазвичай використовується дворівневий кеш,

в серверних - трирівневий.

Кеш служить високошвидкісним буфером між ЦП і щодо повільної основною пам'яттю.

III. Оперативна пам'ять

Служить для розміщення туди програм цілком і сегментами, які вона використовує. Зв'язок між процесором і ОЗУ здійснюється по системному або спеціалізованому інтерфейсу і вимагає для свого здійснення машинних циклів

ОЗУ системи - час доступу від сотень до, можливо, тисячі тактів, але величезні розміри в кілька гігабайт, аж до десятків. Час доступу до ОЗУ може варіюватися для різних його частин в разі комплексів класу NUMA (з неоднорідним доступом в пам'ять)

n В оперативній (внутрішньої) пам'яті комп'ютера зберігаються дані і програми.

n Оперативна пам'ять представляє собою послідовність пронумерованих, починаючи з нуля, осередків.

n У кожному осередку оперативної пам'яті може зберігатися двійкового коду.

Інформація, що знаходиться в ВЗУ, не може бути безпосередньо використана процесором. Для використання програм і даних, розташованих в ВЗУ, їх необхідно попередньо переписати в ОЗУ. Процес обміну інформацією між ВЗП і ОЗУ здійснюється засобами спеціального каналу або (рідше) - безпосередньо під управлінням процесора. Обсяг ВЗУ практично необмежений, а швидкодія на 3 - 6 порядків нижче процессорногo

Крім реалізації системи віртуальної пам'яті зовнішні ЗУ використовуються для довготривалого зберігання програм і даних у вигляді файлів. Більшість операційних систем (ОС) підтримують багатозадачність. Вони послідовно перемикають завдання одну на другую.В кожен момент часу процесор виконує тільки одну задачу. В багатопоточних процесорах одночасно можуть виконуватися декілька завдань. ОС планує яка із завдань буде виконуватися наступною, вибирає цю задачу і перемикає контексти завдань. Методи перемикання залежать від стратегії, обраної ОС.

Незалежна пам'ять = зовнішня пам'ять.

Питання 17 Ієрархія пам'яті. Роль оперативної пам'яті. Чим може бути обумовлено застосування віртуальної пам'яті. -

Роль оперативної пам'яті - ОЗП призначений для зберігання змінної інформації; воно допускає зміну свого вмісту в ході виконання обчислювального процесу. Таким чином, процесор бере із ОЗП код команди і, після обробки будь-яких даних, результат назад поміщається в ОЗУ.

віртуальна пам'ять дозволяє модифікувати ресурси пам'яті, зробити об'єм оперативної пам'яті набагато більше, для того щоб користувач, помістивши туди якомога більше програм, реально заощадив час і підвищив ефективність своєї праці.

18. Процесор ЕОМ. Його основні функціональні блоки. Основна функція блоку управління.

· Операційні пристрої АЛУ

· Пристрої речової арифметики FPU

· Пристрій управління пам'яттю

Основна функція блоку управління - генерування послідовності керуючих сигналів на основі надходять операційних частин команд.