Похожие презентации:
ЭВМ и периферийные устройства. Память вычислительных машин. (Лекция 4)
1. эвм и периферийные устройства
ЭВМ И ПЕРИФЕРИЙНЫЕУСТРОЙСТВА
Лекция 4
Память вычислительных
машин
Тогузов С.А.
Чебоксары 2019
2. Характеристики систем памяти
• место расположения;• емкость;
• единицу пересылки;
• метод доступа;
• быстродействие;
• физический тип;
• физические особенности;
• стоимость.
3. Иерархия запоминающих устройств
4. Самый быстрый, но и минимальный по емкости тип памяти – это внутренние регистры ЦП, которые иногда объединяют понятием
сверхоперативное запоминающее устройство –СОЗУ. Как правило, количество регистров невелико, хотя в
архитектурах с сокращенным набором команд их число может
доходить до нескольких сотен. Основная память (ОП),
значительно большей емкости, располагается несколькими
уровнями ниже. Между регистрами ЦП и основной памятью
часто размещают кэш-память, которая по емкости ощутимо
проигрывает ОП, но существенно превосходит последнюю по
быстродействию, уступая в то же время СОЗУ. В большинстве
современных ВМ имеется несколько уровней кэш-памяти,
которые обозначают буквой L и номером уровня кэш-памяти. В
последних разработках все чаще появляется также третий
уровень кэш-памяти (L3), причем разработчики ВМ говорят о
целесообразности введения и четвертого уровня – L4.
5.
Каждый последующий уровень кэш-памяти имеетбольшую емкость, но одновременно и меньшее
быстродействие по сравнению с предыдущим. Как бы
то ни было, по «скорости» любой уровень кэш-памяти
превосходит основную память. Все виды внутренней
памяти реализуются на основе полупроводниковых
технологий и в основном, являются энергозависимыми.
6. Основная память (ОП) представляет собой единственный вид памяти, к которой ЦП может обращаться непосредственно (исключение
Основная памятьОсновная память (ОП) представляет собой единственный вид
памяти, к которой ЦП может обращаться непосредственно
(исключение составляют лишь регистры центрального
процессора). Информация, хранящаяся на внешних ЗУ,
становится доступной процессору только после того, как будет
переписана в основную память.
.
Основная память может включать в себя два типа устройств:
оперативные запоминающие устройства (ОЗУ) и
постоянные запоминающие устройства (ПЗУ).
7.
Увеличение разрядности памятиСтруктура основной памяти на основе блочной схемы
8.
Блочная память с чередованием адресов по циклической схеме9.
Блочно-циклическая схема расслоения памяти10.
Структура микросхемы памяти11. Возможности «ускорения» ядра микросхемы ЗУ весьма ограничены и связаны в основном с миниатюризацией запоминающих элементов.
Наибольшие успехи достигнуты винтерфейсной части ИМС, касаются они, главным образом,
операции чтения, то есть способов доставки содержимого
ячейки на шину данных. Наибольшее распространение
получили следующие шесть фундаментальных подходов:
• последовательный;
• конвейерный;
• регистровый;
• страничный;
• пакетный;
• удвоенной скорости.
12. При использовании последовательного режима (Flow through Mode) адрес и управляющие сигналы подаются на микросхему до
поступлениясинхроимпульса.
Конвейерный режим (pipelined mode) – это такой метод
доступа к данным, при котором можно продолжать операцию
чтения по предыдущему адресу в процессе запроса по
следующему.
.
Регистровый режим (Register to Latch) используется
относительно редко и отличается наличием регистра на
выходе микросхемы.
.
В основе идеи страничного режима лежит тот факт, что при
доступе к ячейкам со смежными адресами (согласно
принципу локальности такая ситуация наиболее вероятна),
причем к таким, где все ЗЭ расположены в одной строке
матрицы, доступ ко второй и последующим ячейкам можно
производить существенно быстрее.
13. Режим быстрого страничного доступа (FPM – Fast Page Mode) представляет собой модификацию стандартного страничного режима.
Основное отличие заключается вспособе занесения новой информации в регистр адреса
столбца.
.
Пакетный режим (Burst Mode) – режим, при котором на
запрос по конкретному адресу память возвращает пакет
данных, хранящихся не только по этому адресу, но и по
нескольким последующим адресам.
.
Важным этапом в дальнейшем развитии технологии
микросхем памяти стал режим DDR (Double Data Rate) –
удвоенная скорость передачи данных. Сущность метода
заключается в передаче данных по обоим фронтам импульса
синхронизации, то есть дважды за период. Каким образом,
пропускная способность увеличивается в те же два раза.
14. Энергозависимые ОЗУ можно подразделить на две основные подгруппы: динамическую память (DRAM – Dynamic Random Access Memory) и
статическую память(SRAM – Static Random Access Memory).
.
В статических ОЗУ запоминающий элемент может хранить
записанную информацию неограниченно долго (при наличии
питающего
напряжения).
Запоминающий
элемент
динамического ОЗУ способен хранить информацию только в
течение достаточно короткого промежутка времени, после
которого информацию нужно восстанавливать заново, иначе
она будет потеряна. Динамические ЗУ, как и статические,
энергозависимы.
15.
Запоминающий элемент статического ОЗУЗапоминающий элемент динамического ОЗУ
16. Виды статических ОЗУ
17. Классификация динамических ОЗУ: а – микросхемы для основной памяти; б – микросхемы для видеоадаптеров
18. Постоянные запоминающие устройства . Слово «постоянные» в названии этого вида запоминающих устройств относится к их свойству
хранить информацию приотсутствии питающего напряжения. Микросхемы ПЗУ также
построены по принципу матричной структуры накопителя, где в
узлах расположены перемычки в виде проводников,
полупроводниковых диодов или транзисторов, одним концом
подключенные к адресной линии, а другим - к разрядной линии
считывания. В такой матрице наличие перемычки может означать
1, а ее отсутствие – 0. В некоторых типах ПЗУ элемент,
расположенный на перемычке, исполняет роль конденсатора.
Тогда заряженное состояние
конденсатора означает 1, а
разряженное – 0. Современные ПЗУ реализуются в виде
полупроводниковых микросхем, которые по возможностям и
способу программирования разделяют на:
• программируемые при изготовлении;
• однократно программируемые после изготовления;
• многократно программируемые.
19.
Флэш-памятьОтносительно новый вид полупроводниковой памяти - это
флэш-память (название flash можно перевести как «вспышка
молнии», что подчеркивает относительно высокую скорость
перепрограммирования).
Впервые
анонсированная
в
середине 80-х годов, флэш-память во многом похожа на
EEPROM, но использует особую технологию построения
запоминающих элементов.
Аналогично
EEPROM,
во
флэш-памяти
стирание
информации производится электрическими сигналами, но не
побайтово, а по блокам или полностью. Здесь следует
отметить, что существуют микросхемы флэш-памяти с
разбивкой на очень мелкие блоки (страницы) и
автоматическим постраничным стиранием, что сближает их
по возможностям с EEPROM. Как и в случае с EEPROM,
микросхемы флэш-памяти выпускаются в вариантах с
последовательным и параллельным доступом.
20. В ряде практических задач более выгодным оказывается использование специализированных архитектур ОЗУ, где стандартные функции
Специальные типы оперативной памятиВ ряде практических задач более выгодным оказывается
использование специализированных архитектур ОЗУ, где
стандартные функции (запись, хранение, считывание)
сочетаются с некоторыми дополнительными возможностями
или учитывают особенности применения памяти. Такие виды
ОЗУ называют специализированными и к ним причисляют:
• память для видеоадаптеров;
• память с множественным доступом (многопортовые
ОЗУ);
• память типа очереди (ОЗУ типа FIFO).
Два последних типа относятся к статическим ОЗУ.
21. Запоминающие элементы статического ОЗУ: а – однопортового; б – двухпортового
22. Стековая память
Организация стековой памяти: а – логика работы;б – аппаратно-программный стек
23. Для большинства типичных применений ВМ характерна ситуация, когда размещение всей программы в ОП невозможно из-за ее большого
Понятие виртуальной памятиДля большинства типичных применений ВМ характерна
ситуация, когда размещение всей программы в ОП
невозможно из-за ее большого размера. В этом, однако, и нет
принципиальной необходимости, поскольку в каждый момент
времени
«внимание»
машины
концентрируется
на
определенных сравнительно небольших участках программы.
Таким образом, в ОП достаточно хранить только
используемые в данный период части программ, а остальные
части могут располагаться на внешних ЗУ (ВЗУ). Сложность
подобного подхода в том, что процессы обращения к ОП и ВЗУ
существенно различаются, и это усложняет задачу
программиста.
24. Внешняя память Важным звеном в иерархии запоминающих устройств является внешняя, или вторичная память, реализуемая на базе
Выходом из такой ситуации было появление в 1959 годуидеи виртуализации памяти, под которой понимается
метод автоматического управления иерархической
памятью, при котором программисту кажется, что он
имеет дело с единой памятью большой емкости и
высокого быстродействия. Эту память называют
виртуальной (кажущейся) памятью. По своей сути
виртуализация памяти представляет собой способ
аппаратной и программной реализации концепции
иерархической памяти.
Внешняя память
Важным звеном в иерархии запоминающих устройств
является внешняя, или вторичная память, реализуемая на
базе различных ЗУ. Наиболее распространенные виды таких
ЗУ – это магнитные и оптические диски и магнитоленточные
устройства.
25.
Порядок размещения информации на магнитном диске26. Характеристики дисковых систем
Движение головокЧисло пластин
Фиксированные Подвижные
Однодисковые Многодисковые
Сменяемость дисков
Механизм головки
Несъемные диски Съемные диски
Контактный
С фиксированным зазором
С аэродинамическим зазором
Использование поверхностей
Односторонние Двухсторонние
27. Повышение производительности дисковой подсистемы в RAID достигается с помощью приема, называемого расслоением или расщеплением
Повышение производительности дисковой подсистемыПовышение производительности дисковой подсистемы в RAID
достигается с помощью приема, называемого расслоением или
расщеплением (striping). В его основе лежит разбиение данных
и дискового пространства на сегменты, так называемые полосы
(strip – узкая полоса). Полосы распределяются по различным
дискам массива, в соответствии с определенной системой. Это
позволяет производить параллельное считывание или запись
сразу нескольких полос, если они расположены на разных
дисках. В идеальном случае производительность дисковой
подсистемы может быть увеличена в число раз, равное
количеству дисков в массиве. Размер (ширина) полосы
выбирается исходя из особенностей каждого уровня RAID и
может быть равен биту, байту, размеру физического сектора МД
(обычно 512 байт) или размеру дорожки.
28. В 1983 году была представлена первая цифровая аудиосистема на базе компакт-дисков (CD – compact disk). Компакт-диск – это
Оптическая памятьВ 1983 году была представлена первая цифровая
аудиосистема на базе компакт-дисков (CD – compact disk).
Компакт-диск – это односторонний диск, способный хранить
более чем 60-минутную аудиоинформацию. Громадный
коммерческий успех CD способствовал развитию технологии
дешевых оптических запоминающих устройств для ВМ. За
последующие годы были созданы различные системы памяти
на оптических дисках, три из которых в прогрессирующей
степени приживаются в вычислительных машинах: CD-ROM,
WARM и стираемые оптические диски.