Класифікація запам'ятовуючих пристроїв
Організація пристроїв пам'яті
Визначення. Пам'яттю ЕОМ називається сукупність пристроїв, службовців для запам'ятовування, зберігання і видачі інформації.
Окремі пристрої, що входять до цієї сукупність, називаються пристроями, що запам'ятовують (ЗУ) того чи іншого типу.
Термін "пристрій" зазвичай використовується, коли мова йде про принцип побудови деякого пристрою пам'яті (наприклад, напівпровідниковий ЗУ. ЗУ на жорсткому магнітному диску і т.п.), а термін "пам'ять" - коли хочуть підкреслити виконувану пристроєм пам'яті логічну функцію або місце розташування в складі устаткування ЕОМ (наприклад, оперативна пам'ять - ОП, зовнішня пам'ять і т.п.). У тих питаннях, де ці відмінності не мають принципового значення, терміни "пам'ять" і "пристрій" ми будемо використовувати як синоніми.
Пристрої, що запам'ятовують грають важливу роль в загальній структурі ЕОМ. За деякими оцінками продуктивність комп'ютера на різних класах завдань на 40-50% визначається характеристиками ЗУ різних типів, що входять до його складу.
До основних параметрів, що характеризують пристрої, що запам'ятовують. відносяться:
1. Ємність пам'яті.
2. Швидкодія пам'яті.
Ємність пам'яті - це максимальна кількість даних, яке в ній може зберігатися.
За одне звернення до пристрою зберігання даних проводиться зчитування або запис деякої одиниці даних, званої словом. різної для пристроїв різного типу. Це визначає різну організацію пам'яті. Наприклад, пам'ять об'ємом 1 мегабайт може бути організована як 1М слів по 1 байту, або 512К слів по 2 байти кожне, або 256К слів по 4 байти і т.д.
Швидкодія пам'яті визначається тривалістю операції звернення, тобто часом, що витрачається на пошук потрібної інформації в пам'яті і на її зчитування, або часом на пошук місця в пам'яті, що призначається для зберігання даної інформації, і на її запис:
де tобрсч - швидкодія ЗП при зчитуванні інформації; tобрзп - швидкодія ЗП при записі.
Пристрої, що запам'ятовують можна класифікувати по цілому ряду параметрів і ознак. На рис. 1 представлена класифікація за типом звернення і організації доступу до осередків ЗУ.
Мал. 1. Класифікація запам'ятовуючих пристроїв
За типом звернення ЗУ діляться на пристрої, що допускають як читання, так і запис інформації, і постійні запам'ятовуючі пристрої (ПЗУ), призначені тільки для читання записаних в них даних (ROM - read only memory). ЗУ першого типу використовуються в процесі роботи процесора для зберігання виконуваних програм, вихідних даних, проміжних і остаточних результатів. У ПЗУ, як правило, зберігаються системні програми, необхідні для запуску комп'ютера в роботу, а також константи. У деяких ЕОМ, призначених, наприклад, для роботи в системах управління по одним і тим же незмінним алгоритмам, все програмне забезпечення може зберігатися в ПЗУ.
У ЗУ з довільним доступом (RAM - random access memory) час доступу не залежить від місця розташування ділянки пам'яті (наприклад, ОЗУ).
У ЗУ з прямим (циклічним) доступом завдяки безперервному обертанню носія інформації (наприклад, магнітний диск - МД) можливість звернення до деякої ділянки носія циклічно повторюється. Час доступу тут залежить від взаємного розташування цієї ділянки і головок читання / запису і багато в чому визначається швидкістю обертання носія.
Як зазначалося вище, основні характеристики запам'ятовуючих пристроїв - це ємність і швидкодія. Ідеальне пристрій має володіти нескінченно великою ємністю і мати нескінченно малий час звернення. На практиці ці параметри знаходяться в протиріччі один одному: в рамках одного типу ЗУ поліпшення одного з них веде до погіршення значення іншого. До того ж слід мати на увазі і економічну доцільність побудови пристрою, що запам'ятовує з тими чи іншими характеристиками при даному рівні розвитку технології. Тому в даний час пристрої, що запам'ятовують комп'ютера, будуються за ієрархічним принципом (рис. 2).
Мал. 2. Ієрархічна організація пам'яті в сучасних ЕОМ
Ієрархічна структура пам'яті дозволяє економічно ефективно поєднувати зберігання великих обсягів інформації з швидким доступом до інформації в процесі її обробки.
Оперативна пам'ять - пристрій, який служить для зберігання інформації (програм, вихідних даних, проміжних і кінцевих результатів обробки), безпосередньо використовуваної в ході виконання програми в процесорі. В даний час обсяг ОП персональних комп'ютерів, як правило, становить кілька сотень мегабайт. Оперативна пам'ять працює на частоті системної шини і вимагає 6-8 циклів синхронізації шини для звернення до неї. Так, при частоті роботи системної шини 100 МГц (при цьому період дорівнює 10 нс) час звернення до оперативної пам'яті складе кілька десятків наносекунд.
Для заповнення прогалини між РП і ОП за обсягом і часу звернення в даний час використовується кеш-пам'ять. яка організована як більш швидкодіюча (і, отже, дорожча) статична оперативна пам'ять зі спеціальним механізмом запису і зчитування інформації і призначена для зберігання інформації, найбільш часто використовується при роботі програми. Як правило, частина кеш-пам'яті розташовується безпосередньо на кристалі мікропроцесора (внутрішній кеш), а частина - поза ним (зовнішня кеш-пам'ять). Кеш-пам'ять програмно недоступна. Для звернення до неї використовуються апаратні засоби процесора і комп'ютера.
Зовнішня пам'ять організується, як правило, на магнітних і оптичних дисках, магнітних стрічках. Ємність дискової пам'яті досягає десятків гігабайт при часі звернення менше 1 мкс.