Лекция "Иерархическая структура памяти ЭВМ"

Иерархическая структура памяти ЭВМ: уровни иерархии, назначение ЗУ различных типов  Иерархическая   структура   памяти   ЭВМ:   уровни   иерархии,   назначение   ЗУ   различных типов.В   вычислительных   устройствах   и   системах   используется   разделение   памяти   на уровни.   Каждый   уровень   служит   для   согласования   менее   быстродействующих   средств памяти   с   более   быстродействующими.  Устройство   памяти   связанно   с   процессором системой   быстродействующих   шин. Скорость   передачи   данных   определяется соотношением   скоростных   характеристик   памяти   наиболее   высокого   и   самого   низкого уровня.   по линейной, центральной, магистральной   и   смешанной   схеме.  Организация   памяти однопроцессорных   системНаиболее   распространенной  для   однопроцессорных   систем является схема линейной иерархии памяти.   памяти   может   Многоуровневая строится   структура       Рис.1. Схема иерархии памяти однопроцессорных системКаждый уровень служит для согласования менее быстродействующих  устройств памяти с более быстродействующимиКЭШ первого и второго уровней  входит в  структуру центрального процессора.   Обмен   данными   между   процессором   и  сверхоперативным   запоминающим устройством СОЗУ осуществляется словами.  На каждом уровне иерархии необходимо так организовать   передачу   данных,   чтобы   общий   объем   передаваемых   в   единицу   времени данных был равен или превышал запросы процессора.  Пусть M ­ количество обращений в единицу времени   к одному файлу           L ­ количество обращений в единицу времени к одной странице               N ­ количество обращений в единицу времени к одному операнду            V1,      V2,     V3,    V4   ­­   соответственно            скорости   передачи   данных   на   разных   уровнях   иерархии   памяти.   Значения M,  N, L определяются   программным   обеспечением   вычислительной   системы   и   алгоритмом работы программы. Для согласования скоростей передачи данных необходимо выполнить соотношение:                                    V4 /  M ,  соответственное   согласование   должно   происходить   на   каждой   ступени иерархии.Аппаратная   сложность   определяется   общим   количеством   программ и общим количеством   страниц   которое   может   обслуживать   система.   С   развитием   архитектуры компьютера   и   ростом   сложности   выполняемых   программ   возрастает   требуемый   объем памяти.Центральная схема иерархии памяти :   N /  V1     Рис.2.   Центральная   схема   иерархии   памятиЦентральная   схема   иерархии   памяти используется,   если   к   процессору   подключается несколько   внешних   запоминающих   требующих   автономной   работы. Магистральная   схема иерархии устройств, памяти  Получила   распространение   в   связи   с   развитием   систем   хранения   данных, применяется, например для организации  RAID  системы (матрицы недорогих дисков для хранения   информации,   организации   быстрого   доступа,   горячей   замены   неисправного диска)       Рис.3. Магистральная схема иерархии памятиСмешанная   схема иерархии   памяти  В   этой   схеме   для   передачи   данных   между процессором и запоминающими устройствами используется дополнительный буфер (кэш), через   который   производится   обмен   данными.   В   этом   случае   данные   для   обмена   с процессором  предварительно  записываются в буфер и процессор  не теряет  времени на ожидание, как при обмене с медленными внешними устройствами.   Рис.4. Смешанная схема иерархии памяти