Основная память ЭВМ. Способы выделения памяти в программах

1.

Тема 2.3.
Основная память ЭВМ. Способы
выделения памяти в программах

2.

Цели занятия :
1. Изучить классификационные признаки, иерархию
памяти, принципы построения ЗУ ЭВМ общего
назначения, а также их разновидности, основные
характеристики, особенности применения
в ЭВМ определенного типа.

3. Учебные вопросы :

1. Классификация и основные
характеристики устройств памяти
2. Иерархическая структура памяти
3. Принципы построения и
функционирования ЗУ

4.

1. Классификация и
основные характеристики
устройств памяти

5.

Назначение
Совокупность устройств, служащих
для запоминания, хранения и выдачи
информации, называется памятью
ЭВМ.
Отдельные устройства, входящие в
эту совокупность, называются
запоминающими устройствами или
памятью того или иного типа.

6.

Классификация ЗУ
По методу поиска
• адресные
информации
• безадресные
По способу записи
• параллельные
(считывания)
• последовательные
• статические
По способу
• динамические
хранения
• с непосредственным (произвольным)
По характеру
обращения (доступа) • с прямым (циклическим)
• с последовательным
• с ассоциативным
По характеру • без разрушения
считывания • с разрушением
По месту расположения
и иерархии
СОЗУ, ОЗУ, ПЗУ, БЗУ, ВЗУ

7.

Основные характеристики ЗУ
место расположения;
емкость;
единица пересылки;
метод доступа;
быстродействие;
физический тип;
физические особенности;
стоимость

8.

Единицы измерения емкости
и быстродействия ЗУ
1)
Емкость. Единицы измерения:
бит, байт, Кбит,
Кбайт, Мбит, Мбайт …….
2)
Быстродействие (время доступа)
t oбр
t oбр
чт
зап
= t дост + t счит
= t дост + t подг + t зап

9.

Элементная база ЗУ
Полупроводниковые
материалы (в т. ч. ИМС);
Магнитные материалы
(в т.ч. ферромагнетики);
Материалы с оптическими
(в т.ч. магнитооптическими)
свойствами

10.

2. Иерархическая
структура памяти

11.

Иерархическая структура памяти
Процессор
Внутренняя память
СОЗУ
1-й уровень
ОЗУ
2-й уровень
ПЗУ
Буферное ЗУ (БЗУ)
3-й уровень
НМЛ
4-й уровень
Внешняя память
НПЛ
НПК
НМД
НОД

12.

Иерархия запоминающих устройств
64-128 Кбайт
10-15 нс
Системная
плата
256-4096 Кбайт
15-30 нс
Регистры
Команды, операнды
(1-8 байт)
Кэш-память (L1)
Блоки
(8-128 байт)
1-8 Мбайт
50-100 мкс
Страницы
(0,5-8 Кбайт)
Неограниченная
секунды- минуты
Система
Аппаратура
Дисковая кэш-память
Аппаратура
Магнитные диски,RAID
Файлы
(мегабайты)
0,7-30 Гбайт
>50 мс
Аппаратура
Основная память
Страницы
(0,5-8 Кбайт)
10 - 600 Гбайт
8-10 мс
Аппаратура
Кэш-память (L2)
Блоки
(8-128 байт)
500-4000 Мбайт
20-40 мкс
Компилятор,
программа
Внутренняя память
Сотни байтов
<10 нс
Взаимодействие
определяют
Операционная
система
Оптические диски
Файлы
(мегабайты)
ЗУ на магнитных лентах
Пользователь
/ оператор
Внешняя память
Центральный
процессор
Емкость,
время доступа

13.

3. Принципы построения и
функционирования ЗУ

14.

Структура адресного ЗУ
БУС
n
ШИвх(DI)
n
ША k
k
РгА
БАВ
РгИ
ЗМ
n
(накопитель)
Обращение
(CS)
Операция
(WR/RD)
Считывание
ШИвых(DO)
БУП
Запись
БУЗ
n

15.

Структура адресного ЗУ
ШД
(входная)
Канал
записи
НАКОПИТЕЛЬ
Канал
воспроизведения
ШД
(выходная)
ША
ШУ
Канал
поиска
Блок местного управления (БМУ)

16.

Размещение ЗЭ в ячейках
накопителя адресного ЗУ
Адреса ячеек
(двоичный код)
Первый ЗЭ
0-й ячейки
0000 ЗЭ7 ЗЭ6 ЗЭ5 ЗЭ4 ЗЭ3 ЗЭ2 ЗЭ1 ЗЭ0
0001 ЗЭ7 ЗЭ6 ЗЭ5 ЗЭ4 ЗЭ3 ЗЭ2 ЗЭ1 ЗЭ0
0010 ЗЭ7 ЗЭ6 ЗЭ5 ЗЭ4 ЗЭ3 ЗЭ2 ЗЭ1 ЗЭ0
Нулевой ЗЭ
3-й ячейки
0011 ЗЭ7 ЗЭ6 ЗЭ5 ЗЭ4 ЗЭ3 ЗЭ2 ЗЭ1 ЗЭ0
0100 ЗЭ7 ЗЭ6 ЗЭ5 ЗЭ4 ЗЭ3 ЗЭ2 ЗЭ1 ЗЭ0
……
1111 ЗЭ7 ЗЭ6 ЗЭ5 ЗЭ4 ЗЭ3 ЗЭ2 ЗЭ1 ЗЭ0
15-я ячейка

17.

Магнитный запоминающий элемент
ОЗУ на основе ферритового кольца

18.

Полупроводниковый запоминающий
элемент ОЗУ на основе триггера

19.

Полупроводниковый запоминающий
элемент ОЗУ на основе триггера

20.

Запоминающий элемент ОЗУ
на основе конденсатора

21.

Адресные шины
Магнитные (трансформаторные)
запоминающие элементы ПЗУ
(структура типа «сердечник-разряд»)
А0
0110
А1
0100
1101
А2
3р
2р
1р
Разрядные шины
0р

22.

Магнитные (трансформаторные)
запоминающие элементы ПЗУ
(структура типа «сердечник-слово»)
Разряды
3р 2р 1р
0р
Адресные шины
0110
0100
1101
Разрядные шины

23.

Запоминающие элементы ИМС ПЗУ
(программируются пользователем)
A0
A1
A2
D0
D1
D2
D3

24.

Запоминающие элементы ИМС ПЗУ
(программируются при изготовлении)
1
2
3
4
1
2
1
1
0
1
0
1
1
0
0
1
1
0
1
0
0
1
3
4

25.

ВЗУ с подвижным
магнитным носителем
Данные
СИ
Блок
кодирования
МГЗ
Усил.
записи
Усил.
считыв.
МГЧ
МН
Блок выдачи
информации
Данные
СИ

26.

Устройство жесткого магнитного
диска типа «винчестер»

27.

Диски CD в разрезе
Основные технологии записи
• Удаление участка рабочего слоя при нагреве лучом лазера
• Образование вспучивания рабочего слоя путем создания под
ним газового пузырька
• Изменение фазового состояния участка рабочего слоя
(приводящее к изменению Кпрел или К погл)

28.

Оптико-механическая схема приводов
CD и DVD
явления геометрической оптики:
• отражения, поглощения, пропускания и поглощения света
явления волновой оптики:
•интерференции, дифракции и поляризации света

29.

Оптическая система приводов
CD и DVD

30.

Диски DVD в разрезе
DVD- Digital Video Disk
Versatile - многоцелевой,
универсальный
Диаметр – 120 мм
Длина волны луча лазера
(красного) = 630-650 нм
Различаются углубления –
до 0,4 мкм
Емкости дисков DVD-ROM
Односторонний
однослойный
Двухсторонний
однослойный
Односторонний
двухслойный
Двухсторонний
двухслойный
- 4,7 Гбайт
- 9,4 Гбайт
- 8,5 Гбайт
- 17,0 Гбайт

31.

DVD-RW в разрезе
Этикетка
Поликарбонатная подложка
Акриловый слой
Отражающий слой
Диэлектрик
Чувствительный слой
Диэлектрик
Поликарбонатное покрытие
Луч лазера
= 650 нм
Веществом чувствительного (рабочего)
слоя служит сплав
серебра, индия, сурьмы и теллура
Канавка

32.

Процессы перезаписи в CD- и DVD-RW
Используется метод изменения фазового состояния « кристаллическое – аморфное»
600o C
Температура
плавления
200o C
Температура
кристаллизации
Время
остывания
Запись: Р = 8 … 15 мВт
(короткий импульс)
Переход из
аморфного
состояния в
кристаллическое
Стирание: Р = 3 … 7 мВт
(длинный импульс)
Переход из
кристаллического
состояния в
аморфное
Время
кристаллизации
600o C
Температура
плавления
200o C
Температура
кристаллизации
Время стирания
Время кристаллизации
Считывание:
Р = 0,1 … 0,7 мВт

33.

Процесс записи и чтения дисков
в магнитооптических ВЗУ
Магнитооптический слой создается на основе порошка
из сплава кобальта, железа и тербия (65-й элемент
таблицы Менделеева, группа лантаноидов)