Тема 10_2010_Системы памяти современных ЭВМ (Лекции (ещё одни)), страница 3

Следующей ступенью памяти, ставшей фактически стандартом для любыхЭВМ, являются жесткие диски. В этих ЗУ хранится практически вся информация,которая используется более или менее активно, начиная от операционной системы иосновных прикладных программ и кончая редко используемыми пакетами исправочными данными.Емкость этой ступени памяти, которая может включать в свой состав до десятковдисков, обеспечивая хранение очень большого количества данных, зависит от областиприменения ЭВМ.

Типовая емкость жесткого диска, составляющая на начало 2000-хгодов десятки гигабайт, удваивается примерно каждые полтора года.Со временами обращения дело обстоит несколько иначе: компоненты этоговремени, обусловленные перемещением блока головок чтения-записи уменьшаютсясравнительно медленно (примерно вдвое за 10 лет). Компонента, обусловленнаявременем подвода сектора и зависящая от скорости вращения шпинделя диска, такжеуменьшается с ростом этой скорости примерно такими же темпами.

А скоростьпередачи данных растет значительно быстрее, что связано с увеличением плотностизаписи информации на диски.8. Все остальные запоминающие устройства можно объединить с точки зренияфункционального назначения в одну общую группу, охарактеризовав ее как группувнешних ЗУ. Под словом “внешние” следует подразумевать то, что информация,хранимая в этих ЗУ, в общем случае расположена на носителях не являющихся частьюсобственно ЭВМ. Под это определение подпадают гибкие диски, компакт диски,накопители на сменных магнитных дисках и магнитооптические диски, твердотельные(флэш) диски и флэш-карты, стримеры, внешние винчестеры и др. Естественно, что11параметры этих устройств достаточно различны.

Функциональное назначение ихобычно сводится либо к архивному хранению информации, либо к переносу ее ододного компьютера к другому.Некоторые сомнения в принадлежности к данной категории могут вызватьсменные диски, устанавливаемые в салазки (rack). Такие диски, действительно, лучшеотнести к предыдущей (седьмой) группе.2.2. Классификация ЗУ по принципу организацииОсобенности организации ЗУ определяются, в первую очередь, используемымитехнологиями, логикой их функционирования, а также некоторыми другими факторами.Эти особенности и соответствующие разновидности ЗУ перечисляются ниже.1.

По функциональным возможностям ЗУ можно разделять:••на простые, допускающие только хранение информации;многофункциональные, которые позволяют не только хранить, но иперерабатыватьхранимуюинформациюбезучастияпроцессоранепосредственно в самих ЗУПодход, используемый во второй группе ЗУ, в принципе, позволяет создатьпроизводительные системы с параллельной обработкой данных. В частности, похожиеподходы используются в различных частях видеотракта компьютера.2. По возможности изменения информации различают ЗУ:•••постоянные (или с однократной записью);односторонние (с перезаписью или перепрограммируемые);двусторонние.В постоянных ЗУ (ПЗУ) информация заносится либо при изготовлении, либопосредством записи (или, как иначе называют эту процедуру, программирования илипрожига), которая может быть выполнена только однократно. В ходе такой записиизменяется сам носитель информации, например, пережигаются проводники вмикросхемах ПЗУ или формируются лунки в отражающем слое CD-ROM.Односторонними называют ЗУ, которые имеют существенно различные временазаписи и считывания информации.

Наиболее распространенными типами таких ЗУявляются перепрограммируемые постоянные ЗУ или компакт-диски с перезаписью –CD-RW. Время записи в устройствах этих типов значительно превышает времясчитывания информации.К односторонним ЗУ можно отнести и ЗУ на приборах с зарядовой связью (ПЗС),в которых время записи (формирования изображения), вообще говоря, заметноменьше времени считывания (передачи изображения).Двусторонние ЗУ имеют близкие значения времен чтения и записи. Типичнымипредставителями таких ЗУ являются оперативные ЗУ и ЗУ на жестких дисках.123.

По способу доступа различают ЗУ:••с адресным доступом;с ассоциативным доступом.При адресном доступе для записи или чтения место расположения информациив ЗУ определяется ее адресом. Логически адрес может иметь различную структуру.Например, в оперативных ЗУ адрес представляет собой двоичный код, одна частьразрядов которого указывают строку матрицы элементов памяти, а другая – столбецэтой матрицы. На пересечении заданных строки и столбца находится искомаяинформация (см.

рис.1). В ЗУ на магнитных дисках адрес может представлять собойлибо комбинацию номеров цилиндра, головки и сектора (так называемая CHSгеометрия), либо логический номер сектора (LBA-адресация). Возможны и иныеварианты.В любом случае, заданный адрес отрабатывается схемами доступа ЗУ(дешифратором, блоком позиционирования головок и т.п.) таким образом, что воперации участвует соответствующая адресу область матрицы элементов памяти,запоминающей среды или носителя информации.При этом, в зависимости от того, как именно срабатывает механизм доступа,различают следующие виды адресного доступа:•••произвольный;прямой (циклический);последовательный.Термин “память с произвольным доступом” (random access memory – RAM)применяют к ЗУ, в которых выбор места хранения информации производитсянепосредственным подключением входов и выходов элементов памяти (через буферы,усилители и логические элементы) к входным и выходным шинам ЗУ.

Это наиболеебыстрый вид адресного доступа, применяемый в оперативных ЗУ и кэш-памяти.При прямом (циклическом) доступе непосредственной коммутации связейоказывается недостаточно. В таких ЗУ обычно происходит еще и перемещение данныхотносительно механизма чтения/записи, механизма чтения/записи относительноданных или и то и другое. Физически это может быть как механическое перемещение,например, в жестких дисках, перемещение областей намагниченности, как в ЗУ намагнитных доменах, перенос зарядов и др.С логической точки зрения такие ЗУ можно сопоставить набору сдвигающихрегистров, информация в которых сдвигается циклически и может вводиться в регистрили выводиться из него только в одном из разрядов.

Термины “циклический” и “прямой”доступ близки по содержанию, хотя “прямой доступ” – имеет более широкий смысл.Последовательный доступ характерен для ЗУ, использующих в качественосителя информации (запоминающей среды) магнитную ленту, например, длястримеров. В таких ЗУ для доступа к блоку данных необходимо переместить носительтак, чтобы участок, на котором располагается требуемый блок данных, оказался подблоком головок чтения/записи.13Кроме того, при всех формах адресного доступа адресуемым элементом можетбыть не только байт или слово (как в оперативной памяти и кэш-памяти), но целыйблок данных. Это обычно связано либо с конструктивными особенностями ЗУ, либо сбольшим временем доступа.При ассоциативном доступе место хранения информации при чтении и записиопределяется не адресом, а значением некоторого ключа поиска. Каждое записанное ихранимое в ассоциативной памяти слово имеет поле ключа.

Значение этого ключасравнивается со значением ключа поиска при чтении данных из памяти. В случаесовпадения сравниваемых значений информация считывается из памяти.Ассоциативная память эффективна для решения задач, связанных с поискомданных. Однако ее использование ограничено в силу сравнительно высокой еесложности.Действительно, с аппаратной точки зрения сам поиск может быть организованпо-разному: последовательно по разрядам ключевых полей или параллельно по всемключам во всем массиве памяти.

Второй способ, конечно, более быстрый, но требуетсоответствующей организации (ключевой части) памяти, которая должна иметь дляэтого в ключевой части каждого хранимого слова схемы сравнения. Именно поэтомутакая память существенно более дорогая, чем оперативная, и используется восновном для решения задач, требующих быстрого поиска в небольших объемахинформации.Одним из частых применений ассоциативной памяти является быстроепреобразование логических (линейных) адресов данных в физические (т.е. адресаячеек памяти), выполняемое, например, так называемым буфером трансляцииадресов.

Другой близкой задачей является определение того, имеется ли требуемаяинформация в верхних уровнях ЗУ или необходима ее подкачка из более медленныхЗУ.4. По организации носителя различают ЗУ:••с неподвижным носителем;с подвижным носителем.В первых из них носитель механически неподвижен в процессе чтения и записиинформации, что имеет место, например, в оперативных и кэш ЗУ, твердотельныхдисках, ЗУ с переносом зарядов и др.Для ЗУ второй группы чтение и запись информации сопровождаютсямеханическим перемещением носителя, что обычно имеет место в различных ЗУ смагнитной записью, например в жестких и гибких дисках.Однако, возможны и иные варианты. Например, фирмой IBM разрабатываетсяЗУ с механическим перемещением записывающих и считывающих элементов(микроигл) и неподвижным носителем информации (пластиковой пленкой).5. По возможности смены носителя ЗУ могут быть:••с постоянным носителем;со сменным носителем.14В ЗУ первого вида носитель является частью самого устройства и не может бытьизвлечен из него в процессе нормального функционирования (оперативные ЗУ,жесткие диски).В ЗУ второй группы носитель не является собственной частью устройства иможет устанавливаться в ЗУ и извлекаться из него в процессе работы (гибкие диски,CD-ROM-дисководы, карты памяти, магнито-оптические диски).6.