ЭВМ и периферийные устройства. Память вычислительных машин. (Лекция 4)

Июль 21, 2022

Главная
Информатика
ЭВМ и периферийные устройства. Память вычислительных машин. (Лекция 4)

Содержание

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
5. Каждый последующий уровень кэш-памяти имеет большую емкость, но одновременно и меньшее быстродействие по сравнению с предыдущим.
6. Основная память (ОП) представляет собой единственный вид памяти, к которой ЦП может обращаться непосредственно (исключение составляют
7. Увеличение разрядности памяти Структура основной памяти на основе блочной схемы
8. Блочная память с чередованием адресов по циклической схеме
9. Блочно-циклическая схема расслоения памяти
10. Структура микросхемы памяти
11. Возможности «ускорения» ядра микросхемы ЗУ весьма ограничены и связаны в основном с миниатюризацией запоминающих элементов. Наибольшие
12. При использовании последовательного режима (Flow through Mode) адрес и управляющие сигналы подаются на микросхему до поступления
13. Режим быстрого страничного доступа (FPM – Fast Page Mode) представляет собой модификацию стандартного страничного режима. Основное
14. Энергозависимые ОЗУ можно подразделить на две основные подгруппы: динамическую память (DRAM – Dynamic Random Access Memory)
15. Запоминающий элемент статического ОЗУ Запоминающий 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
19. Относительно новый вид полупроводниковой памяти - это флэш-память (название flash можно перевести как «вспышка молнии», что
20. В ряде практических задач более выгодным оказывается использование специализированных архитектур ОЗУ, где стандартные функции (запись, хранение,
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
24. Внешняя память Важным звеном в иерархии запоминающих устройств является внешняя, или вторичная память, реализуемая на базе
25. Порядок размещения информации на магнитном диске
26. Характеристики дисковых систем
27. Повышение производительности дисковой подсистемы в RAID достигается с помощью приема, называемого расслоением или расщеплением (striping). В
29. Скачать презентацию

Слайд 2

Характеристики систем памяти
место расположения;
емкость;
единицу пересылки;
метод доступа;
быстродействие;
физический тип;
физические особенности;
стоимость.

Слайд 3

Иерархия запоминающих устройств

Слайд 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.

Слайд 5

Каждый последующий уровень кэш-памяти имеет большую 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.

Слайд 6

Основная 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).

Основная память

Слайд 7

Увеличение разрядности памяти
Структура основной памяти на основе блочной схемы

Слайд 8

Блочная память с чередованием адресов по циклической схеме

Слайд 9

Блочно-циклическая схема расслоения памяти

Слайд 10

Структура микросхемы памяти

Слайд 11

Возможности «ускорения» ядра микросхемы ЗУ весьма ограничены и связаны в основном

с миниатюризацией запоминающих элементов. Наибольшие успехи достигнуты в интерфейсной 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.

Слайд 12

При использовании последовательного режима (Flow through Mode) адрес и управляющие сигналы

подаются на микросхему до поступления синхроимпульса. 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.

Слайд 13

Режим быстрого страничного доступа (FPM – Fast Page Mode) представляет собой

модификацию стандартного страничного режима. Основное отличие заключается в способе 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.

Слайд 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.

Слайд 15

Запоминающий элемент статического ОЗУ
Запоминающий элемент динамического ОЗУ

Слайд 16

Виды статических ОЗУ

Слайд 17

Классификация динамических ОЗУ: а – микросхемы для основной памяти; б –

микросхемы для видеоадаптеров

Слайд 18

Постоянные запоминающие устройства . Слово «постоянные» в названии этого вида запоминающих

устройств относится к их свойству хранить информацию при отсутствии 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.

Слайд 19

Относительно 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.

Флэш-память

Слайд 20

В 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.

Специальные типы оперативной памяти

Слайд 21

Запоминающие элементы статического ОЗУ: а – однопортового; б – двухпортового

Слайд 22

Стековая память
Организация стековой памяти: а – логика работы;
б –

аппаратно-программный стек

Слайд 23

Для 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.

Понятие виртуальной памяти

Слайд 24

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.

Выходом из такой ситуации было появление в 1959 году идеи 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.

Слайд 25

Порядок размещения информации на магнитном диске

Слайд 26

Характеристики дисковых систем

Слайд 27

Повышение 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.

Повышение производительности дисковой подсистемы