• Постоянные запоминающие устройства

• Энергонезависимая память рассмотренных типов в основном применяется для хранения неизменяемой информации — системного программного обеспечения (BIOS), таблиц, памяти конфигурации устройств.

• Эта информация обычно является ключевой для функционирования PC, поэтому весьма существенна забота о ее сохранности и предотвращении несанкционированного изменения.

• Нежелательное изменение содержимого становится возможным при использовании для хранения BIOS флэш-памяти, программируемой в целевом устройстве.

• Важными параметрами энергонезависимой памяти являются время хранения и устойчивость к электромагнитным воздействиям, а также гарантированное количество циклов перепрограммирования.

• Стековая память

• В стековой памяти информация записывается и считывается по принципу «последним записан — первым считан» (LIFO - Last In First Out).

• Каждое следующее записываемое слово перемещает все содержимое стека на одну ячейку вверх и занимает освободившуюся ячейку. Считывание кодов из стека осуществляется в обратном порядке. Отметим, что доступ к произвольному коду в стеке формально недопустим до извлечения всех кодов, записанных позже.

• Наиболее распространенным является аппаратно-программный стек. Для стека отводится участок основной памяти с наибольшими адресами, и он расширяется в сторону уменьшения адресов.

• Адресация стека обеспечивается специальным регистром — указателем стека (SP — stack pointer), в который предварительно помещается наибольший адрес области основной памяти, отведенной под стек.

• Запись в стек: УС:= УС -1; ОП[(УС)]:=ШД.

• Чтение из стека: ШД:= ОП[(УС)]; УС := УС +1.

• Ассоциативная память

• Память с ассоциативным доступом, или ассоциативная память, отличается от остальных типов памяти тем, что обращение к ее ячейкам осуществляется не по определенному адресу, а по содержимому ячеек памяти.

• Основу ассоциативной памяти составляют ассоциативные запоминающие устройства (АЗУ), которые являются энергозависимыми и реализуются в виде полупроводниковых микросхем.

• Ассоциативное ЗУ - это устройство, способное хранить информацию, сравнивать ее с некоторым заданным образцом и указывать на их соответствие или несоответствие друг другу. Признак, по которому производится поиск информации, называют ассоциативным признаком, а кодовую комбинацию, выступающую в роли образца для поиска, - признаком поиска. Ассоциативный признак может быть частью искомой информации или дополнительно придаваться ей.

• Как правило, в состав АЗУ входят:

• запоминающий массив (ЗМ) для хранения N m-разрядных слов, в каждом из которых несколько младших разрядов занимает служебная информация;

• регистр ассоциативных признаков (РгАП) куда помещается код искомой информации (признак поиска). Разрядность регистра к обычно меньше длины слова т;

• регистр маски (РгМ) позволяющий запретить сравнение определенных битов;

• схемы сравнения, используемые для параллельного сравнения каждого бита всех хранимых слов с соответствующим битом признака поиска и выработки сигналов совпадения;

• регистр индикаторов адреса со схемами сравнения на входе где каждой ячейке запоминающего массива соответствует один разряд, в который заносится единица, если все разряды соответствующей ячейки совпали с одноименными разрядами признака поиска;

• комбинационную схему, которая на основании анализа содержимого регистра совпадений формирует сигналы, характеризующие результаты поиска информации.

• При выборке информации из АЗУ после поразрядного опроса и сравнения в состоянии 1 останутся те разряды регистра индикаторов адреса, которые соответствуют ячейкам, содержащим информацию, совпадающую с записанной в регистре ассоциативных признаков. Эта информация может быть считана в той последовательности, которая определяется устройством управления. Конфигурация единиц в регистре совпадений используется в качестве адресов, по которым производится считывание из запоминающего массива.

• Из-за того что результаты поиска могут оказаться неоднозначными, содержимое регистра совпадений подается на комбинационную схему, где формируются сигналы, извещающие о том, что искомая информация:

  • а0 — не найдена;

  • а1 - содержится в одной ячейке;

  • а2 - содержится более чем в одной ячейке.

• Время поиска информации в АЗУ зависит только от числа разрядов признака и скорости опроса разрядов, но совершенно не зависит от числа ячеек ЗМ.

• Запись в АП производится без указания конкретного адреса, в первую свободную ячейку.

• Конкретная архитектура АЗУ определяется сочетанием четырех факторов:

  • вида поиска информации;

  • техники сравнения признаков;

  • способа считывания информации при множественных совпадениях;

  • способа записи информации.

• Запоминающие элементы АЗУ в отличие от элементов адресуемых ЗУ должны не только хранить информацию, но и выполнять определенные логические функции.

• Устройства памяти с ассоциативным доступом имеют высокие сложность изготовления и стоимость, превышающие аналогичные показатели как динамических, так и статических ОЗУ и поэтому, как правило не применяются как самостоятельный тип памяти.

• Наиболее широко ассоциативный доступ применяется в подсистемах кэш-памяти.

• Кэш-память

• Размещение памяти большого объема на микросхеме процессора увеличивает его размеры и стоимость.

• Таким образом, приходится выбирать между быстрой памятью небольшого объема и медленной памятью большого объема.

• М. Уилкс в 1965 году в ЭВМ Atlas предложил использовать двухуровневую память, когда между ОП и процессором размещается небольшая, но быстродействующая буферная память.

• В процессе работы ЭВМ те участки ОП, к которым ведется обращение, копируются в буферную память. За счет соблюдения принципа локальности по обращению получается существенный выигрыш в производительности.

• Кэш-память (от англ. cache — «тайник, убежище»), память скрыта от программиста, он не может ее адресовать. ЦП не имеет непосредственного доступа к кэш-памяти.

• За организацию взаимодействия ЦП, ОП и кэш-памяти отвечает специальный контроллер. Сегодня кэш-память есть в любом классе ЭВМ, причем зачастую имеет многоуровневую структуру.

• Когда ЦП пытается прочитать слово из ОП, сначала осуществляется поиск копии этого слова в кэше. Если такая копия существует, обращение к ОП не производится, а в ЦП передается слово, извлеченное из кэш-памяти.

• Данную ситуацию называют успешным обращением или попаданием (hit). При отсутствии слова в кэше — промахе (miss),— требуемое слово передается в ЦП из основной памяти, но одновременно из ОП в кэш-память пересылается, блок данных, содержащий это слово.

• Число блоков ОП больше числа строк кэш-памяти. По этой причине каждой строке кэш-памяти соответствует тег, содержащий сведения о том, копия какого блока ОП в данный момент хранится в данной строке.

• В качестве тега обычно используется часть адреса ОП.

• ОП и кэш-память делятся на блоки фиксированного размера с учетом принципа локальности. Блоки внутри кэш-памяти называют строками кэша (cache lines).

• При кэш-промахе из ОП в кэш-память загружается вся строка, а не только необходимое слово.

• Такой путь обращения к памяти более эффективен, чем вызов каждого слова по отдельности. Превышение строками кэша размера слова означает, что их будет меньше, а следовательно, потребуется меньше затрат ресурсов.