Тема 10_2010_Системы памяти современных ЭВМ (Лекции (ещё одни))

Тема 10. Общие принципы организации памяти ЭВМ и системВВЕДЕНИЕ. ПАМЯТЬ. СИСТЕМЫ ПАМЯТИ СОВРЕМЕННЫХ ЭВМ ................................................................. 11. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЗАПОМИНАЮЩИХ УСТРОЙСТВ............................................................ 22. КЛАССИФИКАЦИЯ ЗАПОМИНАЮЩИХ УСТРОЙСТВ ..................................................................................... 62.1.

КЛАССИФИКАЦИЯ ЗУ ПО ФУНКЦИОНАЛЬНОМУ НАЗНАЧЕНИЮ.................................................................................... 72.2. КЛАССИФИКАЦИЯ ЗУ ПО ПРИНЦИПУ ОРГАНИЗАЦИИ ................................................................................................. 121.3. СИСТЕМЫ ПАМЯТИ: КЛАССИФИКАЦИЯ, КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ ............................................................ 16ПРИЛОЖЕНИЕ К ЛЕКЦИИ 15 ......................................................................................................................................

23В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ВОЗМОЖНОСТИ ЗАПИСИ И ПЕРЕЗАПИСИ ДАННЫХ, УСТРОЙСТВА ПАМЯТИ ПОДРАЗДЕЛЯЕТСЯ НАСЛЕДУЮЩИЕ ТИПЫ: ........................................................................................................................................................... 23ВИДЫ ПАМЯТИ, РАЗЛИЧАЕМЫЕ ПО ПРИЗНАКУ ЗАВИСИМОСТИ СОХРАНЕНИЯ ЗАПИСИ ПРИ СНЯТИИ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ: 23РАЗЛИЧИЯ ВИДОВ ПАМЯТИ ПО ВИДУ ФИЗИЧЕСКОГО НОСИТЕЛЯ И СПОСОБА ЗАПИСИ ДАННЫХ: ...................................... 24ПО НАЗНАЧЕНИЮ, ОРГАНИЗАЦИИ ПАМЯТИ И/ИЛИ ДОСТУПА К НЕЙ РАЗЛИЧАЮТ СЛЕДУЮЩИЕ ВИДЫ ПАМЯТИ: ............. 25ФЛЭШ-ПАМЯТЬ, ЭСППЗУ [EEPROM, ELECTRICALLY ERASABLE PROM, FLASH MEMORY] .......................................... 28Введение. Память. Системы памяти современных ЭВМПамять, запоминающие устройства (ЗУ) [англ. memory, storage] - cреда илифункциональная часть ЭВМ, предназначенная для приема, хранения иизбирательной выдачи данных.Системы памяти современных ЭВМ представляют собой совокупностьаппаратных средств, предназначенных для хранения используемой в ЭВМинформации.

К этой информации относятся обрабатываемые данные, прикладныепрограммы, системное программное обеспечение и служебная информацияразличного назначения. К системе памяти можно отнести и программныесредства, организующие управление ее работой в целом, а также драйверыразличных видов запоминающих устройств.Память представляет собой одну из важнейших подсистем ЭВМ, во многомопределяющую их производительность. Тем не менее в течение всей историиразвития вычислительных машин она традиционно считается их "узким местом".Ключевым принципом построения памяти ЭВМ является ее иерархическаяорганизация (принцип, сформулированный еще Джоном фон Нейманом), котораяпредполагает использование в системе памяти компьютера запоминающихустройств (ЗУ) с различными характеристиками.

Причем с развитием технологий,появлением новых видов ЗУ и совершенствованием структурной организацииЭВМ количество уровней в иерархии памяти ЭВМ увеличивается. Например,сверхоперативные ЗУ больших ЭВМ 50-60-х годов заменяет двухуровневая кэшпамять персональных ЭВМ 90-х годов и трехуровневый кэш ПЭВМ и рабочихстанций, начиная с 2000-2001гг .1Иерархия памяти и связьосновных характеристикПриведем классификацию ЗУ с точки зрения особенностей их организациии использования.Далее рассмотрим типовые структуры систем памяти ЭВМ, а такжеосновные параметры и критерии оценки запоминающих устройств и систем.1. Основные характеристики запоминающих устройствЗапоминающие устройства (ЗУ) характеризуются рядом параметров,определяющих возможные области применения различных типов таких устройств.

Косновным параметрам, по которым производится наиболее общая оценка ЗУ,относятся их• информационная емкость (E),• время обращения (T) и• стоимость (C).Под информационной емкостью ЗУ понимают количество информации,измеряемое в байтах, килобайтах, мегабайтах или гигабайтах, которое можетхраниться в запоминающем устройстве.Обычно информационная емкость учитывает только полезный объемхранимой информации, который не включает объем памяти, расходуемый на2служебную информацию, контрольные разряды или байты, резервные области(например, интервал между концом дорожки диска и ее началом), дорожкисинхросигналов и пр.Время обращения к ЗУ различных типов определяется по-разному.В качестве примера можно рассмотреть оперативные ЗУ и жесткие диски.Оперативные ЗУ обычно реализуются как ЗУ с произвольным.

Это означает, чтодоступ к данным, физически организованным в виде двумерного массива (матрицыэлементов памяти), производится с помощью схем дешифрации, выбирающих нужныестроку и столбец массива по их номерам (адресам), как показано на рис.1. Поэтомувремя T обр обращения к ним определяется, в случае отсутствия дополнительныхэтапов (таких, например, как передача адреса за два такта), временем срабатываниясхем дешифрации адреса и собственно временами записи или считывания данных.Емкости оперативных ЗУ - порядка 256 Мб – 8 Гб.Процесс обращения (чтения или записи) к жесткому диску включает в себя 3этапа:(а)перемещение блока головок чтения/записи на нужную дорожку (а),(б) ожидание подхода требуемого сектора под головки чтения/записи (б) и(в) собственно передача данных, считываемых/записываемых.Каждый из этих этапов занимает определенное время, входящее в общее времяобращения к диску.

Все этапы так или иначе связаны с механическими перемещениями,поэтому их времена сравнительно велики и составляют величины порядка единиц миллисекунд.3Время перемещения блока головок, обычно называемое изготовителями дисковвременем поиска (seek time), зависит от количества дорожек, на которое надопереместить блок головок. Минимальное время затрачивается на перемещение блокаголовок на соседнюю дорожку (цилиндр) - составляет порядка 1-2 мс. Максимальноевремя требуется на перемещение блока головок от крайней дорожки к центральнойили наоборот - может составлять порядка 15-20 мс. Среднее время поиска(перемещения головок) составляет порядка 8-10 мс.Время ожидания подвода файла (точнее, его первого сектора) под блок головокпроизводители называют также временем задержки (latency time). Это время в среднемравно времени половины оборота диска, что, например, при скорости вращения(шпинделя) диска 7200 оборотов/мин, или 120 оборотов/с, составляет 4,2 мс.Наконец, время передачи данных зависит от количества передаваемых данных(размера файла, если он располагается целиком на последовательных секторах однойдорожки диска) и скорости передачи.

Из-за зависимости этого времени от размерафайла и его размещения на диске в качестве характеристики диска используютскорость передачи данных (transfer rate). Эта скорость определяется как параметрамитракта связи с ЭВМ, так и скоростью считывания данных с диска или записи данных надиск. Обычно пользуются именно этими параметрами, так как каналы передачидостаточно быстрые, чтобы снижать скорость передачи, а диски имеют буферные ЗУ(кэш диска), скорость обмена данными с которым заметно превышает скоростьсчитывания с диска или записи на диск.В свою очередь, скорость обмена с диском определяется скоростью еговращения и плотностью записи информации на него.

Обе эти величины непрерывновозрастают с развитием технологий изготовления жестких дисков.Плотность записи информации на диск удваивалась примерно каждый год –полтора.4Стоимость запоминающих устройств также представляет собой важнуюхарактеристику. Именно она является одной из причин иерархической организациипамяти ЭВМ.Действительно, хорошо иметь быструю и емкую память. Нужно, чтобы она былаи относительно дешевой.

Понятно, что эти параметры противоречивы. Поэтому в ЭВМи строят иерархию памяти.Определения дорогие и дешевые понимаются не в абсолютном, а вотносительном измерении, исходя из стоимости хранения единицы информации(удельной стоимости) в ЗУ. Стоимость хранения 1 Мбайта информации в оперативныхЗУ и на жестких дисках различаются примерно в 100 раз.Конечно, помимо емкости, времени обращения и стоимости, существуют и другиехарактеристики памяти такие, как•••••надежность,энергопотребление,габариты,время хранения информации,способность сохранять ее при отключении питания и другие.При определенных условиях эти характеристики могут иметь важное значение.Например, для ноутбуков энергопотребление и габариты играют существеннуюроль, что при обеспечении требуемых значений этих показателей приводит к болеевысокой стоимости устройств такого класса.

Напротив, для серверов на первый планвыдвигается требование надежности сохранения информации.52. Классификация запоминающих устройствСуществует большое количество различных типов ЗУ, используемых в ЭВМ исистемах. Эти устройства различаются рядом признаков:принципом действия,логической организацией,конструктивной итехнологической реализацией,функциональным назначением и т.д.Большое количество существующих типов ЗУ обусловливает различия вструктурной и логической организации (систем) памяти ЭВМ.