Постоянные запоминающие устройства.

Используется для хранения фиксированных микропрограмм, подпрограмм и различных постоянных (BIOS).

1. МПЗУ (масочное ПЗУ) – это устройство, в котором запись информации осуществляется фирмой изготовителем (путем выжигания связей (участков)).

2. ППЗУ (программированное ПЗУ (PROM)) – это устройство которое в исходном виде поставляются пользователю, и он сам прошивает данные (специальный прибор программатор). После такой процедуры ППЗУ не может больше перепрашиваться.

3. ПППЗУ (перепрашивающее программированное ПЗУ (EPROM)) – это устройство аналогично ППЗУ, только с возможностью стирания (ультрафиолетом) и перезаписи информации.

Ассоциативные запоминающие устройства (азу)

Выборка осуществляется по содержимому.

Структура АЗУ.

Регистр контекста – задает содержимое k (ключ), по которому мы должны найти содержимое памяти, но обычно поиск ведется по нескольким разрядам. Участвующие в поиске разряды из регистра контекста задаются в регистре маски (r).

Накопитель хранит n элементов с той же разрядностью, что и контекст. Одновременно для всех ячеек проверяется условие  i: bi [1…m] & r = k & r, когда найдется такая ячейка, то подключится к шифратору, который определит номер строки и пошлет на дешифратор на получение адреса и выборки полноразрядного данного в буферный регистр данных.

Достоинства:

Высокая скорость.

Исполняется как кэш-память (буферная).

При организациипо ассоциативному принципу кэш-памяти, адрес-строка состоит из двух частей:

Если находится нужный адрес, то считывание происходит из кэша, а не из ОЗУ.

Иерархическая система памяти

1. Сверх оперативная память, которая реализуется на регистрах (более быстрой не существует).

2. Процессорный кэш (буферная память), служит для согласования скорости процессора и основной памяти. Образует систему буферизованной памяти. Для программиста эта память является прозрачной и называется кэш, реализуется на биполярных элементах (на одном кристалле с процессором, в менее быстрых на одной плате). Делится на несколько уровней и разделяется на кэш команд и кэш данных.

3. Основная память, все то, что представляется программисту для выполнения программ.

4. Дисковая – вспомогательная память на жестком диске (большая емкость).

5. Архивная память, многотомные накопления на магнитных лентах, CD-ROM и т. д., долговременное хранение данных без разрушения.

Чем больше “номер” у памяти, тем ниже ее ценность по быстродействию.

Основная память и дисково-вспомогательная память образуют систему виртуальной памяти, основное назначение - расширение адресного пространства. Доступна программисту до размера дискового пространства.

Дисково-вспомогательная и архивная память образуют дисковую виртуальную память, удобство работы HDD с архивными устройствами.

Организация памяти типа кэш.

Подразумевается наличие памяти М₁ (n₁) и М₂ (n₂).

При этом

n₁ << n₂ (количество ячеек памяти)

t обр.₁ << t обр.₂

t _ОБР. = (1 - ) t₁ +  (t₁ + t₂) = t₁ +t₂ t₁

где 0 <  << 1 вероятность неудачного обращения в кэш за данными.

(как правило   0.05 .. 0.1)

Если данные имеются в кэше, то они выбираются за время t₁, если отсутствуют, то за время t₂ выбирается из основной памяти и одновременно загружается в кэш память.

Использование кэша основано на свойстве локальности программ, в течении длительного интервала времени диапазон адресов команд и диапазон данных исполнительной программой являются небольшими и практически не меняются.

Организация кэш памяти

Кэш с прямым отображение адресов.

Недостаток: для каждой ячейки основной памяти должны иметь кэш строку (сейчас такой способом не применяют).

В настоящее время кэш организуется по блочному принципу когда определено число блоков оперативной памяти, хранятся в кэше и их номера хранятся в справочнике кэша. На первом этапе устанавливается факт наличия блока в некоторой памяти, а на втором обращаться к конкретной ячейки данного блока.

В кэш-памяти для каждого набора может храниться не более двух блоков.

При использование кэша возникает два группы проблем:

1. Замена блока в кэш-памяти на новый блок. В настоящее время придумали два способа замены кэша.

1. LRU (Least-Recently-Ued) – наиболее долго не обращались к блоку, требует историю обращения к блокам (счетчики).

2. FIFO (Fist-in, Fist-out, буфер обратного магазинного типа, обычная очередь) – очередь не столь эффективна как LRU.

2. Согласование данных в кэше и основной памяти.

1. Store-throw – сквозная запись (одновременная запись в блок основной памяти), при этом трата ресурсов и времени на обновления памяти основной памяти .Достоинство: надежный способ согласовать данные.

2. Swap либо Store In – запись с перекачкой, обновление блока основной памяти происходит только при выгрузке из кэша в основную память. Достоинство: производительность. Недостаток: различие данных в памяти и кэше может привести к конфликтам (проявляется в многопроцессорных компьютерах с общей памятью).