Лекция "Иерархическая структура памяти ЭВМ"

билет 24 тема 1 32 Иерархическая структура памяти ЭВМ:  типов.    уровни иерархии, назначение ЗУ различных  Иерархическая структура памяти является традиционным решением проблемы хранения большого количества данных. Она изображена на рис. 2.15. На самом верху находятся  регистры процессора. Доступ к регистрам осуществляется быстрее всего. Дальше идет  кэш­память, объем которой сейчас составляет от 32 Кбайт до нескольких мегабайт. [1] Иерархическая структура памяти машины позволяет сочетать хранение большого  объема информации с быстрым доступом к информации в процессе ее обработки, что  способствует повышению производительности ЦВМ. [2] Назначение иерархической структуры памяти заключается в повышении функциональной эффективности всей вычислительной системы. [3] В иерархической структуре памяти может быть память гораздо большего объема, чем  основная оперативная память, но с существенно меньшим быстродействием. Память,  полученная в результате присоединения к ОП такой вспомогательной памяти, называется  большой памятью. Адресация вспомогательной памяти является продолжением адресов  ОП, так что большая память представляет собой память с прямой адресацией. [4] При продвижении сверху вниз по пятиуровневой иерархической структуре памяти время доступа возрастает. [5] Техническая реализация этих требований возможна путем организации иерархической  структуры памяти ЭВМ ( рис. 4.2), объединяющей ЗУ различных типов, отличающихся  по быстродействию и емкости. [6] ЭВМ, предназначенные для решения самых разнообразных задач, имеющие разветвленную  систему операций, иерархическую структуру памяти и развитую систему периферийных  устройств. [7] Разработка микропрограмм и усложнение иерархической структуры памяти оказали  почти революционное влияние на принцип проектирования и внутренней организации  самих машин и их программного обеспечения. [8] В качестве ЗУ микро ­ ЭВМ используются, как правило, две разновидности  полупроводниковой памяти, реализуемой на БИС ОЗУ и ДЗУ. Применение ДЗУ на БИС  для хранения программ обеспечивает эффективность систем автоматизации с микро ­ ЭВМ при большом их тиражировании. В связи с тем что в настоящее время цикл работы ЗУ  значительно превышает время задержки логических элементов и быстродействие МП,  вводится иерархическая структура памяти. Верхний иерархический уровень занимает  внутренняя память МП, обладающая малой емкостью, но большой скоростью работы. [9] Порядок перечисления устройств соответствует убыванию их быстродействия и  возрастанию емкости. Каждый уровень иерархии может содержать несколько экземпляров  ( модулей) соответствующих устройств для получения нужной емкости данного уровня  памяти. На рис. 4.1 сплошными и штриховыми линиями показаны соответственно обычно и  сравнительно редко реализуемые пути передачи данных между отдельными ступенями  иерархической памяти. Иерархическая структура памяти позволяет экономическиэффективно сочетать хранение больших объемов информации с быстрым доступом к  информации в процессе обработки. [10] Рассмотрим более подробно некоторые особенности различных ЗУ в соответствии с  предложенной классификацией. Так как основные технические характеристики ЗУ ­  емкость и быстродействие, то каждое конкретное ЗУ при любом его физическом  исполнении обладает определенными значениями этих характеристик. С увеличением  быстродействия емкость уменьшается. При обработке экономической информации  требуется как высокое быстродействие, так и большая емкость. Техническая реализация  этих противоречивых требований возможна путем организации иерархической структуры  памяти, предполагающей объединение нескольких ЗУ различных типов, отличающихся по  емкости и быстродействию в общую память машины. [11] Иерархическая структура памяти ЭВМ. Требования к емкости и быстродействию памяти являются противоречивыми. Чем больше  быстродействие, тем технически труднее достигается и дороже обходится увеличение  емкости памяти. Стоимость памяти составляет значительную часть общей стоимости ЭВМ. В общем случае ЭВМ содержит сверхоперативную память ( СОП) или местную память,  оперативную память, ( ОП), память с прямым доступом на магнитных барабанах и на  магнитных дисках, память с последовательным доступом на магнитных лентах. Порядок  перечисления устройств соответствует убыванию их быстродействия и возрастанию  емкости. Каждый уровень иерархии может содержать несколько экземпляров ( модулей)  соответствующих устройств для получения нужной емкости данного уровня памяти. На  рис. 4.1 сплошными и штриховыми линиями показаны соответственно обычно и  сравнительно редко реализуемые пути передачи данных между отдельными ступенями  иерархической памяти. Иерархическая структура памяти позволяет экономически  эффективно сочетать хранение больших объемов информации с быстрым доступом к  информации в процессе обработки. [12]