Пам’ять ЕОМ
Пам'ять ЕОМ - розділ Історія, Пам'ять ЕОМ: Історія розвитку ЕОМ Пам'ять - Один з Блоків ЕОМ, що складається із Зу І Призначений.
Пам'ять – один із блоків ЕОМ, що складається із ЗУ та призначений для запам'ятовування, зберігання та видачі інформації (алгоритма обробки даних та самих даних).
Основними характеристиками окремих пристроїв пам'яті (запам'ятовуючих пристроїв) є ємність пам'яті, швидкодія та вартість зберігання одиниці інформації (біта).
Швидкодія (затримка) пам'яті визначається часом доступу та тривалістю циклу пам'яті. Час доступу є проміжок часу між видачею запиту на читання та моментом надходження запитаного слова з пам'яті. Тривалість циклу пам'яті визначається мінімальним часом між двома послідовними зверненнями до пам'яті.
Вимоги до збільшення ємності та швидкодії пам'яті, а також до зниження її вартості єсуперечливими. Чим більша швидкодія, тим технічно важче досягається і дорожче обходиться збільшення ємності пам'яті. Ціна пам'яті становить значну частину загальної вартості ЕОМ.
Як більшість пристроїв ЕОМ, пам'ять має ієрархічну структуру. Узагальнена модель такої структури, що відображає різноманіття ЗП та їхню взаємодію, представлена на малюнку 8.1. Всі пристрої, що запам'ятовують, мають різну швидкодію і ємність. Чим вищий рівень ієрархії, тим вища швидкодія відповідної пам'яті, але менша її ємність.
Мал. 8.1. Ієрархічна структура пам'яті
До найвищого рівня -надоперативного - відносяться регістри керуючих та операційних блоків процесора, надоперативна пам'ять, керуюча пам'ять, буферна пам'ять (кеш-пам'ять).
На другомуоперативному рівні, нижчому,знаходиться оперативна пам'ять (ВП), що служить для зберігання активних програм і даних, тобто програм і даних, з якими працює ЕОМ.
На наступному нижчомузовнішньому рівні розміщується зовнішня пам'ять.
Місцева пам'ять або реєстрова пам'ять процесора. Входить до складу ЦП (регістри керуючих та операційних блоків процесора) та призначена для тимчасового зберігання інформації. Вона має малу ємність та найбільшу швидкодію. Побудована з урахуванням регістрів загального призначення. РОН конструктивно поєднані з процесором ЕОМ. Цей тип ЗУ використовується для зберігання керуючих та службових кодів, а також інформації, до якої найчастіше звертається процесор під час виконання програми.
Керуюча пам'ять призначена для зберігання керуючих мікропрограм процесора (див. розділ Пристрій керування мікропрограмного типу). Виконана у вигляді постійного ЗУ (ПЗП) або програмованого постійного ЗП (ППЗП). У системах з мікропрограмним способом обробки інформації УП застосовується для зберігання одного разу записаних мікропрограм, програм, що управляють, констант і т.п.
Буферна пам'ять. У функціональному відношенні кеш-пам'ять розглядається як буферне ЗУ, розміщене між основною (оперативною) пам'яттю та процесором. Основне призначення кеш-пам'яті - короткочасне зберігання та видача активної інформації процесору, що скорочує кількість звернень до основної пам'яті, швидкість роботи якої менша, ніж кеш-пам'яті. Кеш – пам'ять від англійського cashe – схованка. Вона не є програмно доступною. Тому вона впливає на продуктивність ЕОМ, але не впливає на програмування прикладних завдань. У сучасних ЕОМ розрізняють кеш першого та другого рівнів. Кеш першого рівня інтегрована з блоком попередньої вибіркикоманд і даних ЦП і служить, зазвичай, зберігання найбільш часто використовуваних команд. Кеш другого рівня служить буфером між ОП та процесором. У деяких ЕОМ існує кеш пам'ять окремо для команд та окремо для даних.
ОП (ОЗУ) служить для зберігання інформації, що безпосередньо бере участь у обчислювальному процесі (що відбувається в операційному пристрої - АЛУ). З ОЗУ в процесор надходять коди та операнди, над якими виробляються передбачені програмою операції, з процесора в ОЗУ направляються для зберігання проміжні та кінцеві результати обробки інформації. ОЗУ має порівняно велику ємність та високу швидкодію, проте меншу, ніж ЗУ надоперативного рівня.
Зовнішня пам'ять (ВнП) використовується для зберігання великих масивів інформації протягом тривалого часу. Зазвичай ВНП немає безпосереднього зв'язку з процесором. Обмін інформацією має груповий характер, що значно скорочує час обміну. ВНП має порівняно низьку швидкодію (пошук інформації). Як носій використовуються магнітні диски (гнучкі і жорсткі), лазерні диски (CD-room) та ін.
Порівняно невелика ємність оперативної пам'яті (8 - 64 Мбайта) компенсується практично необмеженою ємністю зовнішніх пристроїв. Однак ці пристрої порівняно повільні - час звернення даних для магнітних дисків становить десятки мікросекунд. Для порівняння: цикл звернення до оперативної пам'яті складає 50 нс. Виходячи з цього обчислювальний процес повинен протікати з можливо меншим числом звернень до зовнішньої пам'яті.
Зростання продуктивності ЕОМ проявляється насамперед збільшення швидкості роботи процесора. Швидкодія ВП також зростає, але постійно відстає від швидкодіїапаратних засобів процесора тому, що одночасно відбувається випереджаюче зростання її ємності, що робить більш важким зменшення часу циклу пам'яті. Внаслідок цього швидкодія ОП виявляється недостатнім для забезпечення необхідної продуктивності ЕОМ. Виявляється це у невідповідності пропускних здібностей процесора та пам'яті. Для вирівнювання їх пропускних здібностей і призначена надоперативна буферна пам'ять невеликої ємності (як правило, не більше 512 Кбайт) та підвищеної швидкодії.
При зверненні до блоку даних, що перебуває на оперативному рівні, його копія пересилається у надоперативну буферну пам'ять. Наступні звернення до цього блоку даних провадиться до буферної пам'яті. Оскільки час вибірки з СОЗУ tСОЗУ набагато менше часу вибірки з оперативної пам'яті tОП, введення в структуру ЕОМ СОЗУ призводить до зменшення еквівалентного часу звернення tе порівняно з часом звернення до оперативної пам'яті tОП:
а q – ймовірність попадання, т. е. ймовірність те, що блок даних, якого виробляється звернення, перебуває у СОЗУ.