Тема 10_2010_Системы памяти современных ЭВМ (Лекции (ещё одни)), страница 5

В этом случае собственностоимость ЗУ и средств управления ими приходится определять путем сравнения саналогичными микросхемами, обладающими другими параметрами, или приближенно.Надежность СП определяется надежностью составляющих ее блоков.Все характеристики систем памяти взаимосвязаны между собой и имеютпротиворечивый характер. Например, уменьшение времени обращения к СПсвязано с использованием более быстродействующих, а следовательно, идорогостоящих ЗУ. Увеличения пропускной способности дисковых ЗУ можнодостичь, используя аппаратные или алгоритмические методы диспетчеризации, чтоприводит либо к росту стоимости и снижению надежности СП, либо к увеличениюрасходов времени на работу операционной системы.Граф взаимосвязи характеристик СП и определяющих их факторов приведен нарис.

8.20Критерии оценки эффективности СП могут быть разделены на временные, стоимостные и интегральные.Как правило, критерии, относящиеся к первым двум группам, используются дляоценки систем специализированного назначения и учитывают специфическиетребования.Часто используемая в литературе форма интегрального критерия оценкисистемы памяти типа отношения производительность/стоимость, позволяясравнивать различные СП, тем не менее едва ли может рассматриваться в качествекритерия, определяющего пригодность СП для конкретной ЭВМ или вычислительнойсистемы.

Например, СП, обладающая лучшим значением этого показателя, может неотвечать заданным ограничениям.Поскольку система памяти работает не сама по себе, а входит в составнекоторой ЭВМ (или вычислительного комплекса), то выбор ее характеристик долженбыть увязан с характеристиками этой ЭВМ, а также с классом задач, на решениекоторых она ориентируется.Конечно, если круг решаемых задач четко определен, то оценку выбираемойпамяти можно провести точнее. Но и в общем случае целесообразно21руководствоваться общим соображением о необходимости сбалансировать показателипамяти и остальной системы.Более формально это соображение можно представить следующим образом.Пусть для простоты будут рассматриваться только характеристики стоимости ипроизводительности системы памяти (хотя вопросы надежности, функциональныхвозможностей, стоимости эксплуатации, конечно, также играют свои роли).Тогда, в качестве критерия выбора СП можно использовать минимизациюстоимости решения задач на ЭВМ при условии соблюдения ограничений намаксимально допустимое время решения и стоимость ЭВМ.Пусть C – стоимость ЭВМ, складывающаяся из двух компонент: C 1 – стоимостисистемы памяти и C 2 – стоимости остальной части ЭВМ: процессора, системы вводавывода и др.

При необходимости можно аналогичным образом вынести в отдельнуюгруппу любые другие компоненты.Пусть далее t – среднее время выполнения команды для рассматриваемой ЭВМ,причем это время также считается состоящим из двух компонент и определяетсяследующим выражениемt = t1 n + t2,где t1 – среднее время обращения к памяти, t2 – среднее время выполнения команды, несовмещаемое с обращением к памяти, а n – среднее количество обращений к памяти,производимых при выполнении одной команды.Тогда время t t решения задачи, требующей выполнения N команд, составитt t = N (t 1 n + t 2 ),а стоимость C t этого решения будетC t = C t t k 0 /T, где k 0 – коэффициент расходов на эксплуатацию ЭВМ, а T –срок ее службы.Полагая далее для упрощения k 0 и T одинаковыми для всех ЭВМ (что, конечно,справедливо только в рамках ЭВМ одного класса), можно установить, что стоимостьрешения одной и той же задачи линейно зависит от произведенияC t = (C1 + C2) (t1 n + t2)=C1 t1 n+C2 t1 n+C1 t2 + C2 t2.Если допустить также, что произведения C 1 t 1 и C 2 t 2 остаются постоянными внекоторой узкой области, то при выборе системы памяти следует минимизироватьсумму “перекрестных” произведений C 1 t 2 и C 2 t 1 n.22Эти соображения, включающие в себя ряд допущений, могут служить основой длягрубой оценки параметров выбираемой системы памяти.

Хотя даже и с учетомпринятых упрощений, оценка значений t 1 , t 2 и n не является простой задачей, особенно сучетом зависимости всех этих величин от класса решаемых задач.Тем не менее, общий смысл этих рассуждений в целом подтверждает и тот факт,что ЭВМ близких классов имеют и схожие параметры основных компонент.Конец лекции 13Приложение к лекции 15Справочный материал по устройствам памятиВ зависимости от возможности записи и перезаписи данных,устройства памяти подразделяется на следующие типы:ЗУ с записью-считыванием [read-write memory] - тип памяти, дающейвозможность пользователю помимо считывания данных производить их исходную запись,стирание и-или обновление. К этому виду могут быть отнесены оперативная память, ОЗУ[random access memory, RAM], кэш-память [cache memory], а также программируемоепостоянное запоминающее устройство, ППЗУ [programmable read only memory, PROM].ПЗУ - тип памяти ЗУ, предназначенный для хранения и считывания данных, которыеникогда не изменяются.

Запись данных на ПЗУ производится в процессе его изготовления,поэтому пользователем изменяться не может. Наиболее распространены ПЗУ, выполненные наинтегральных микросхемах (БИС, СБИС) и оптических дисках CD-ROM и DVD-ROM.ППЗУ - тип памяти, в котором возможна запись или смена данных путем воздействия наноситель информации электрическими, магнитными и-или электромагнитными (в том числеультрафиолетовыми или другими) полями под управлением специальной программы.Различают ППЗУ с однократной записью и стираемые ППЗУ [EPROM, Erasable PROM], в томчисле:o электрически программируемое ПЗУ, ЭППЗУ [Electrically Alterable ReadOnly Memory, EAROM]o электрически стираемое программируемое ПЗУ, ЭСПЗУ [ElectricallyErasable Programmable Read-Only Memory, EEPROM]Примечание: К стираемым ППЗУ также относятся микросхемы флэш-памяти [flashmemory], отличающиеся высокой скоростью доступа и возможностью быстрого стиранияданных.Виды памяти, различаемые по признаку зависимостисохранения записи при снятии электропитания:Энергонезависимая память [nonvolatile storage] - ЗУ, записи в которых не стираютсяпри снятии электропитания.

К этому типу памяти относятся все виды ПЗУ и ППЗУ.23Энергозависимая память [volatile storage] - ЗУ, записи в которых стираются приснятии электропитания. К этому типу памяти относится ОЗУ, кэш-память.Динамическая память [dynamic storage] - разновидность энергозависимойполупроводниковой памяти, в которой хранимая информация с течением времени разрушается,поэтому для сохранения записей необходимо производить их периодическое восстановление(регенерацию), которое выполняется под управлением специальных внешних схемныхэлементов.Различия видов памяти по виду физического носителя испособа записи данных:Акустическая память [acoustic storage] - в качестве среды для записи и храненияданных используются замкнутые акустические линии задержки.Голографическая память [holographic storage] - в качестве среды для записи ихранения используется пространственная графическая информация голограмм.Емкостная память [capacitor storage] - вид ЗУ, использующий в качестве среды длязаписи и хранения данных элементы электрической цепи - конденсаторы.Криогенная память [cryogenic storage] - в качестве среды для записи и храненияданных используются материалы, обладающие сверхпроводимостью.Лазерная память [laser storage] - вид памяти, в котором запись и считывание данныхпроизводятся лучом лазера (CD-R/RW, DVD±R/RW, DVD-RAM).Магнитная память [magnetic storage] - вид памяти, использующий в качестве средыдля записи и хранения данных магнитный материал.

Разновидностями этого вида памятиявляются память на магнитной проволоке [plated wire memory], память на магнитной пленке[thin-film memory], наносимой на некоторую подложку, например стеклянную. Наиболеешироко использующимися устройствами реализации магнитной памяти в современных ЭВМявляются накопители на магнитных лентах (НМЛ), магнитных (жестких и гибких) дисках(НЖМД и НГМД).Магнитооптическая память [magnetooptics storage] - вид памяти, использующиймагнитный материал, запись данных на который возможна только при нагреве до температурыКюри (порядка 1450 С), осуществляемом в точке записи лучом лазера (объем записи настандартные 3.5 и 5.25 дюймовые гибкие диски составляет при этом соответственно до 600 Мби 1.3 Гб).

В 2002 г. компания Fujitsu выпустила магнитооптические накопители DynaMO2300U2 и дискеты к ним (стандартный размер дискет — 3.5 дюйма) емкостью 2.3 Гбайт.Молекулярная память [molecular storage] – вид памяти, использующей технологию"атомной тунельной микроскопии", в соответствии с которой запись и считывание данныхпроизводится на молекулярном уровне. Носителями информации являются специальные видыпленок. Головки, считывающие данные, сканируют поверхность пленки. Их чувствительностьпозволяет определять наличие или отсутствие в молекулах отдельных атомов, на чем и основанпринцип записи-считывания данных. В середине 1999 г. эта технология былапродемонстрирована компанией Nanochip. В основе архитектуры устройств записи-считываниялежит технология MARE (Molecular Array Read-Write Engine). Достигнуты следующиепоказатели по плотности упаковки: ~ 40 Гбит/см2 в устройствах чтения/записи и 128 Гбит/см2 вустройствах с однократной записью, что считается в 6 раз выше, чем у экспериментальныхобразцов, которые основаны на классической технологии магнитной записи, и более чем в 25раз превосходит лучшие ее образцы, находящиеся в серийном производстве.24Полупроводниковая память [semiconductor storage] - вид памяти, использующий вкачестве средств записи и хранения данных микроэлектронные интегральные схемы (БИС иСБИС).

Преимущественное применение этот вид памяти получил в ПЗУ и ОЗУ ЭВМ,поскольку он характеризуется высоким быстродействием. Сравнительно недавно объем памяти,реализуемой на одной твердотельной (полупроводниковой) плате, ограничивался единицамиМбайт. Однако в настоящее время рядом фирм США, Японии и Европы разработанаминиатюрная плата памяти с габаритами 38х33х3.5 мм, объемом памяти до 64 Мбит и ужепринят соответствующий международный стандарт. Это позволяет существенно расширитьиспользование твердотельной памяти, в том числе в качестве устройств внешней памяти ПЭВМи в других применениях.Ферритовая память [core storage] - вид ОЗУ на ферритовых сердечниках.Фазоинверсная память [Phase Change Rewritable storage, PCR] - разновидностьлазерной (дисковой) памяти, использующей свойства некоторых полимерных материалов вточке лазерного нагрева в зависимости от температуры изменять фазовое состояние вещества (вчастности кристаллизоваться или плавиться с возвращением в исходное состояние), а вместе сним - и характеристики отражения.