1.4. Постоянные зу.

Постоянными называются такие ЗУ, которые используются, как правило, как дополнительная память для хранения информации неизменяемой в процессе работы (жизненного цикла) машины (системы).

Эта информация заносится в машину в процессе изготовления, либо на начальном этапе эксплуатации (при создании вычислительной системы). ПЗУ допускает далее только считывание чисел. Типичные примеры: числа , е, таблицы функций (sin, cos, e^x, ), а также стандартные (унифицированные) подпрограммы и т.п.

ПЗУ особенно широко используются для хранения микропрограмм (при микропрограммном управлении).

В качестве основного ЗУ ПЗУ используются в специализированных машинах.

Выборка производится всегда как в адресных ОЗУ.

Когда-то широко применялись магнитные сердечники. Дело в том, что в этом случае все очень наглядно: «прошито – не прошито», либо, даже, «есть сердечник – нет его» (технология «выкусывания» сердечников).

Ныне магнитные сердечники не применяются (исключение – специальные, весьма экзотические вычислительные устройства). Но использование ПЗУ (даже на ферритовых сердечниках) позволяет уменьшить время обращения:

<75>

Таблица 1.4.1

Емкость	Время обращения
(1-10)10^6 бит	До 0,02 мкс.
10 000-100 000 бит	100-500 мкс

Но все же и в ПЗУ теперь царят полупроводниковые БИС. (Самых разных технологий). Организация «2D» (чаще всего!), крайне редко другие.

В отличие от ОЗУ, вполне возможно создание ПЗУ на полупроводниках, допускающих отключения питания, т.е. может быть снято последнее преимущество магнитных ЗУ.

По способу занесения информации полупроводниковые ПЗУ различают:

1. с программированным в процессе изготовления нанесением с помощью фотошаблонов нужных перемычек в кристалле;

2. с программированным выжиганием перемычек или пробоев p-n переходов (это можно осуществлять уже потребителю!);

3. с электрическим перепрограммированием (долговременное обеспечение режима «пробоя»); стирание старой информации осуществляется либо электрическим, либо ультрафиолетовым облучением.

Таблица 1.4.2

	Время программирования	Время выборки	Время восстановления	Время стирания
Ультрафиолетовое облучение	30 - 100 с.	До 2 мс.	(5-10) 10^3 ч	До сотен секунд
Электрическое облучение	0,1 – 1 с.	До 1,5 мс.	(5-10)10^3 ч	До десятков секунд

Широко ныне применяется технология «кремний на сапфире» – малое время обращения (доли мс).

<76>

1.5. Виртуальная память.

Идея виртуальной памяти – сокрытие существенной ограниченности физической емкости основной (оперативной) памяти. Конечно же, полностью скрыть этот факт просто невозможно: выдает время обращения, но с точки зрения принципа (способа) обращения иллюзия будет полной: сквозная произвольная адресация данных.

У виртуальной памяти есть и еще одно преимущество: аппаратная поддержка мобильности и взаимозаменяемости программ.

Рис. 1.5.1.

Реально существующая память в ОЗУ – физическая (у нее физические адреса). Остальная память рассматривается как логическая или виртуальная (у нее виртуальные или логические адреса). Соответствие между физическими адресами устанавливается совместно аппаратными и программными средствами ЭВМ. Устройства (системы устройств) реализующие концепцию виртуальной памяти в последнее время совмещают много функций (управление адресами, сегментация адресного пространства, защита и т.д.)

Принципиально: все используемое адресное пространство должно быть разделено на части, а части могут располагаться в разных ЗУ и, далее, должен быть организован постоянный обмен между основной и внешней памятью.

Адресное пространство может быть разбито на страницы и сегменты. Страницы: деление на части фиксированной длины вне зависимости от содержания информации. Сегменты: деление по логическим признакам, задаваемым программистом, обычно сегмент соответствует массиву данных, программе или подпрограмме и т.д. и имеет переменную длину.

В обоих случаях адресное пространство оказывается как бы двумерным.

Одно измерение – адрес страницы или сегмента; другое – адрес операнда внутри страницы или сегмента.

Чаще применяется страничная организация, но у сегментной организации есть свои преимущества, а именно:

• специальными усилиями может быть достигнута оптимизация загрузки основной памяти.

• возможность коллективного использования сегментированной информации (при организации соответствующих механизмов доступа и защиты).

Допустимо совместное использование сегментации и страничной организации: сегменты дополнительно разбиваются на страницы.

<77>

Конспективно важные моменты (потребуются пояснения):

• Мультиплексное виртуальное пространство возникает при параллельной обработке задач;

вариант а): разделение виртуального пространства

вариант б): свое виртуальное пространство для каждой задачи, как следствие мультиплексная виртуальная память.

(В обоих вариантах необходима организация нескольких таблиц преобразования адресов. В варианте (б) проще работать программисту и проще создание высокоэффективной защиты памяти.)

• Управление виртуальной адресацией – механизм динамического преобразования адресов идентичен использованию принципов ассоциативной кэш-памяти. Дисциплины замены страниц: FIFO, LRU и WS («рабочее множество», выбрасываются те, к которым в течение определенного времени не было обращений).

• Самостоятельная задача - распределение основной памяти (между задачами, процессами).

Виртуализация вычислительной системы – распространение концепции на всю структуру ЭВМ.

<78>