A hierarchikus memória szerkezet, tartalom platform
A hierarchikus memória szerkezet a hagyományos megoldás tárolására nagy mennyiségű adat (ábra. 2,15). CPU regiszterek tetején a hierarchiában. Hozzáférés a nyilvántartásokhoz történik a leggyorsabban. Ezután jön a cache memória, amely most 32K több megabájt. Ezután következik a fő memória, amely jelenleg befogadni 16 megabájt több tíz gigabájt. Majd a mágneses lemezek, és végül, szalagos meghajtók és az optikai meghajtók tárolására használt levéltár.
Ábra. 2.15. Az öt szint memória szervezése
Ahogy haladunk fentről lefelé váltás három paramétert. Először is, a megnövekedett hozzáférési idő. Hozzáférés a nyilvántartásokhoz vesz néhány ns, a hozzáférést a cache - egy kicsit több hozzáférés a fő memória - néhány tíz ns. Aztán ott van egy nagy különbség: lemez hozzáférési ideje legalább 10 us, és a hozzáférést a mágneses szalagok és optikai lemezek általában mérhető másodpercben (mivel ezek adathordozók még meg kell helyezni a megfelelő eszköz).
Másodszor, a memória mennyisége növekszik. A regiszterek tartalmazhatnak legfeljebb 128 byte cache memória - pár megabájt memóriát - több tízezer megabájt, mágneses lemezek - néhány több tíz gigabájt. Mágneses szalagok és optikai lemezek tárolja a számítógéptől függetlenül, így a teljes térfogata csak korlátozott anyagi lehetőségei a tulajdonos.
Harmadszor, egyre nagyobb a bitek számát, hogy kapsz 1 $. a fő memória költség egy pár dollárt megabayt1,
Megjegyezzük, hogy a fajlagos költsége memória folyamatosan csökken, miközben a térfogata - növekszik. Moore törvénye alkalmazandó. Ma egy megabájt memóriát költségek mintegy 10 cent. - megjegyzés. Tudo. Ed.
Mágneses lemezek - néhány cent megabyte, és a mágnesszalagok - néhány dollárt gigabájt vagy még olcsóbb.
Regiszter, cache memória és a fő memória, már tárgyalt. A következő fejezetekben leírjuk a mágneslemez, majd folytassa a tanulmány az optikai lemez. nem vesszük figyelembe szalagos meghajtók, mivel ezek ritkán használják; Rajtuk kívül szinte semmit sem mondani.
Mágneslemez áll egy vagy több alumínium felületeket bevont mágneses réteggel. Kezdetben az átmérő 50 cm, most - 3-12 cm, hordozható számítógépek - kevesebb, mint 3 cm, és ez az érték folyamatosan csökken. lemez fej, amely tartalmaz egy indukciós tekercs fölött mozgatjuk a felület a lemez, támaszkodva légpárnás. Megjegyezzük, hogy a floppy fej hozzáér a felülethez. Amikor a fej áthalad a pozitív vagy negatív áram, akkor felmágnesezi alatti felület a fejét. A mágneses részecskék vannak felmágnesezve jobbra vagy balra függően az aktuális polaritású. Amikor a fej áthalad a mágnesezett területen az ott (a fej), van egy pozitív vagy negatív áram, amely lehetővé teszi, hogy olvassa el a tárolt biteket korábban. Mivel a lemez forog a fej alatt, a bitfolyamot lehet rögzíteni, majd olvasni. követni a lemezen ábrán látható konfigurációra. 2.16.
Főbb jellemzői a RAM
Speed (amikor a memória-hozzáférés), a várakozási idő (késleltetés adatátviteli) - a szükséges időt, hogy olvassa el a memóriából vagy írásbeli memóriába minimális információt rész (ns - 10-9s).
A kötet (kapacitás) a memória modul - a maximális mennyiségű információt egységnyi hordozó. Memória kapacitás modern számítógép fokozott 4GB.
Beütése - száma I / O vonalak, amelyek chip RAM és nem-felejtő memória vagy külső tároló.
Elveinek megfelelően az elhelyezés és visszakeresését memória eszközök vannak osztva:
Bájtok - bitek száma kódolásához szükséges a használt szimbólumok a standard kódokat. Jelenleg byte - egy 8-bites.
Amellett, hogy a felvételi és tárolási funkciókat asszociatív memória rendszerek, hardver-megvalósított funkciók asszociatív lehívása. A legegyszerűbb esetben - a keresési információk input véletlen „standard” egy része a tárolt szekvencia információ. Eredmények asszociatív keresési használják olvasási vagy írási mûveletek, hogy megtalálják a kívánt adatok vonalak.
Az asszociatív keresés végrehajtása összehasonlításával a bemeneti adatok az összes tárolt tárgyak (bájt, szó és hasonlók. D.).
Az asszociatív memória keresést végrehajtani hardverben egy párhuzamos képest a szó-szabvány összes felvett szavak. Ehhez mindegyik a tároló elemek egészítik ki a szoftveres objektumok összehasonlító áramkör.
Alkatrészek a tárolt információ, amely felett az asszociatív keresési izolálható egy külön block (tag) vagy maszkolás meghatározott rendszerekre információ tároló egységet.
A köteg lehet használni az eljárásokat a hardver, mint például, hogy mentse a programmal összefüggésben (lásd 1.7 -. A program keretében) az eljárások ellenőrzése transzferek az alprogram (beleértve a megszakítási program), és visszatér a szubrutint.
A speciális csapat a szervezet a verem
Sok processzorok utasításkészletei működni a verem. A leggyakoribb ezek közül a csapatok:
PUCH A - a verem, ahol A - azonnali operandus regiszter vagy memória cella;
POP A - helyreállítása (válasszon) adatainak a verem, ahol A - regiszter vagy memória-cella.
§ Közvetlen - jelzi egy bizonyos számú, állandó (például: mov A, # 50H - 50H rekord számát az akkumulátorban).
A regiszter § - jelzi egy adott regiszter GPR (általános célú regiszterek).
§ Stack - egy speciális regiszter - a stack pointer (SP - Stack Pointer). Ezt alkalmazzák a bejegyzés operandusok a veremben ugyanabban a sorrendben, és fordított sorrendben.
Implicit § - regisztrálja forrás vagy a vevő nyilvántartás beleértjük a műveleti kód.
A virtuális memória mechanizmus lehetővé teszi, hogy:
§ racionálisan kezelni számítógép memóriájában (tárolva csak aktívan használt memória);
§ egymástól elszigetelt folyamatok (folyamat feltételezi, hogy tulajdonában kizárólag a teljes memória).
Jelenleg ez a technológia hardver támogatja az összes modern hazai feldolgozók.
Személyhívó virtuális memória
Szegmens szervezete virtuális memória
... A cache vagy a cache (gyorsítótár Engl a Fr. cacher - «elrejteni»; mondani [kæ# 643;] - „cache”) - a közbenső gyors hozzáférést puffer, amelyek tartalma lehet kérni a legnagyobb valószínűséggel. Hozzáférés az adatokat a cache gyorsabb, mint az eredeti mintavételi adatot a memóriából (RAM), és a külső (merevlemez vagy szilárdtest-meghajtó) memória, ami miatt csökken az átlagos elérési idő, és növeli a teljesítményét a számítógépes rendszer. Közvetlen hozzáférés a tárolt adatok a cache adatok szoftverek lehetetlen.
működése
Diagram CPU cache memória
Cache - a memóriát egy nagyobb hozzáférési sebességet úgy vannak kialakítva, hogy gyorsabban elérje szereplő adatok a memória folyamatosan alacsonyabb hozzáférési sebesség (a „fő memória”). Gyorsítótár-használat CPU, merevlemez, böngészők, webszerverek, DNS szolgáltatás és WINS.
A cache áll rekordok sorozataként. Minden bejegyzés társul adatelem vagy adatblokk (egy kis része az adatok), amely egy példányt a adattételének memóriát. Minden bejegyzés rendelkezik egy azonosítóval, amely meghatározza a levelezés között adatelemek a cache és azok másolatait a fő memóriában.
Ha az ügyfél gyorsítótár (CPU, web böngésző, operációs rendszer) hozzáfér az adatokat elsősorban vizsgálta a gyorsítótárat. Ha a gyorsítótár bejegyzést talál egy azonosítóval, amely megegyezik az azonosító a kért adat elem, adatelemeket használja a cache. Ilyen esetben az ún cache találatot. Ha a gyorsítótár nem található a rekord tartalmazza a kért adatokat elemet, akkor kiolvassuk a fő memória a cache, és rendelkezésre áll a jövőben is. Ilyen eset nazyvaetsyapromahom cache. A százalékos kéréseket a cache, ha megállapítást nyer az eredmény, az úgynevezett szinten, vagy találati arány gyorsítótár találatok.
Például a böngésző ellenőrzi a helyi cache a lemezen egy helyi másolatot egy weboldal megfelelő a kért URL. Ebben a példában az URL - ez egy azonosítót, és a tartalmát a weboldal - ez az adatelemek.
Ha a gyorsítótár korlátozódik olyan mértékben, hogy a kisasszony dönthet úgy, hogy néhány csepp felvételt, amikor a hely. Különböző elmozdulás algoritmusokat használnak, hogy kiválassza az öntött felvételt.
Ha módosítjuk adatelemeket a cache frissül a fő memóriában. Között eltelt idő az adatok módosítását a gyorsítótárat és a fő memória vezérli frissítése az úgynevezett write politikát.
A gyorsítótár azonnali felvétel minden változást frissül szinkronizált adat a fő memóriában.
A gyorsítótár lazywriter (vagy visszaírás) frissítésével elmozdulás következik be abban az esetben az adatelem időközönként vagy kérésre. Ahhoz, hogy figyelemmel kíséri a módosított gyorsítótár-bejegyzést adatelemek tárolt attribútum módosítás (módosított vagy „piszkos”). A miss a cache írj vissza lehet szükség két hozzáférések a fő memória: egy felvétel csere adatokat a cache, és a második olvasni a szükséges adatok elem.
Ha az adatokat a fő memóriában lehet változtatni függetlenül a cache, gyorsítótár irreleváns lehet. Jegyzőkönyvek közötti kölcsönhatás cache, amely fenntartja az adatok konzisztenciáját, cache koherencia protokoll hívni.
szintek cache
CPU cache van osztva több szinten. A célú processzor jelenleg a szintek száma lehet akár 3 gyorsítótár szintű N + 1 általában nagyobb méretű és lassabb hozzáférés és adatátviteli sebességet, mint a gyorsítótár szint N.
A leggyorsabb memória egy cache az első szintű - L1 cache. Tény, hogy ez szerves része a processzor, mert ez található egy chip, és vele együtt egy része a funkcionális blokkok. A modern processzorok L1 cache általában két gyorsítótárat utasítás cache (utasítások) és az adatok cache (Harvard architektúra). A feldolgozók többsége nélkül L1 cache nem tud működni. L1 cache fut a processzor frekvenciát, és általában az utalás meg lehet csinálni minden órajel ciklusban. Gyakran lehet végezni több írási / olvasási műveletek párhuzamosan. Access várakozási ideje jellemzően 2-4 veri sejtmagban. A térfogat általában kicsi - kisebb, mint 128 KB.
A második sebesség L2-cache - második szintű gyorsítótár, akkor általában található egy chipet, mint L1. A régi processzor - a chipset az alaplapon. A kötet a L2 cache 128 KB, hogy 1-12 MB. A mai többmagos processzorok, a cache, a második szinten, míg az ugyanazon a chip, egy külön memória használat - a teljes térfogata cache a nM MB magonként számviteli nM / NC MB, ahol a processzormagok száma nC. Jellemzően a látencia L2 cache található a központi chip, 8-tól 20 ciklus a sejtmagba.
harmadik szintű cache a legkevésbé nagy sebességű, de ez lehet egy nagyon impozáns méretű - több mint 24 MB. L3 cache lassabb, mint az előző cache, de még mindig sokkal gyorsabb, mint a memória. A multiprocesszoros rendszerben van általános használatban, és az a célja, hogy szinkronizálja a különböző adatok L2.
Néha van egy 4 cache szinten, általában található egy külön chip. Alkalmazás-gyorsítótár 4 szinten csak akkor indokolt a nagy teljesítményű szerverek imeynfreymov.
A probléma a szinkronizálás a különböző cache (egyszeres és többszörös processzorok) megoldott gyorsítótárkoherencia. Három lehetőség van a közötti információcsere a cache memória különböző szinteken, vagy ahogy mondani szokás, a cache architektúra: a befogadó, kizárólagos és nem kizárólagos.
Befogadó építészet magában foglalja a párhuzamos felső szintű cache adatai az alsó (Intel kedveli cég).
Exkluzív cache jár egyedi információkat tárolják a különböző szintű gyorsítótár (AMD cég kedveli).
Egy nem kizárólagos cache viselkedhet, ahogy tetszik.
cache asszociativitás
Amikor azonos mennyiségű gyorsítótár rendszert magasabb asszociatív kevésbé gyors, de a leghatékonyabb (mivel 4-módon a hatékonyság növelésével az áramlás 1 kicsi).
Egy véletlen hozzáférésű memória. RAM - technikai eszköz hajtja végre memória funkció.
RAM-ot lehet tenni, mint egy külön egységet, vagy írja be a szerkezet, például egy chip-számítógép vagy mikrokontroller.
Fizikai típusú RAM
RAM legtöbb modern számítógépek egy dinamikus memória modulokat tartalmazó poluprovodnikovyeBIS memória szervezett elve véletlenszerű hozzáférési eszközök. dinamikus típusú memória olcsóbb, mint a statikus, és amely nagyobb sűrűségű, amely lehetővé teszi az azonos szilícium hordozó térben Több memória sejtek, de a sebesség az alábbiakban. Statikus, éppen ellenkezőleg, a gyorsabb memóriát, de ez drágább. Ebben a tekintetben a memóriaegység épülő dinamikus memória modul és a statikus típusú memóriát használunk építőiparban a cache memória a mikroprocesszor.
dinamikus típusú memória (Engl. DRAM (DynamicRandomAccessMemory))
Statikus típusú memória (Engl. SRAM (StaticRandomAccessMemory))
Statikus véletlen elérésű véletlen hozzáférésű memória (SRAM, staticrandomaccessmemory) - félvezető memória, amelyben minden, kettes vagy hármas számjegy tárolódik az áramkör pozitív visszajelzést, hogy fenntartsák az állam a jel nélkül átírta az állandó szükség a dinamikus memória (DRAM). Ahhoz azonban, hogy mentse az adatokat anélkül, hogy felülírja az SRAM csak amíg van erő, azaz a SRAM felejtő memória típusa. Véletlen elérésű (RAM - random access memory) - úgy dönt, hogy olvasni / írni az összes bit (tritil) (több bájt (Treiten) függ a tervezési jellemzőkkel), szemben a memóriát egy soros kapcsolat (SAM - sequental hozzáférésű memória).
kérelem
SRAM használják a mikrokontroller és FPGA amelyben a térfogata a RAM kicsi (kilobyte egység), de szükség van az alacsony energiafogyasztás (hiánya miatt a komplex dinamikus memória vezérlő), megjósolható, hogy egy ciklus ideje a hibakeresés rutinok és közvetlenül az eszközön.
A készülékek nagy mennyiségű munkamemória RAM végezzük mivel a DRAM. SRAM'om is, hogy regisztrálja és cache memória.
A csak olvasható memória (ROM) - egy nem-felejtő memória tárolásához használt megváltoztathatatlan adattömb.
besorolás
Szerint a fajta teljesítmény
§ adatok tömb van kombinálva egy mintavevő készülék (olvasó berendezés), ebben az esetben, az adatok tömb beszélgetés gyakran nevezik „firmware”:
§ Az egyik single-chip mikroszámítógép belső erőforrások (MCU) általában FlashROM.
§ Az adathalmaz létezik egymástól függetlenül:
§ telepítése „1”, és a telepítés a „0”.
By különböző ROM chipek
§ szerint a kristály gyártási technológia:
§ ROM - (Engl olvasható onlymemory állandó memóriájában ..), Maszk ROM. készült gyári módszer. A jövőben nem lehet megváltoztatni a rögzített adatokat.
§ PROM - (angol programmableread-onlymemory programozható csak olvasható memória (PROM) ..) - ROM. egyszer „varrott” a felhasználó.
§ EPROM - (angol törölhető, programozható, csak olvasható memória EEPROM (PPPZU) ..). Például a tartalmát a chip K537RF1 törlik segítségével ultraibolya lámpával. A folyosón az ultraibolya sugárzás a kristály chip a ház ablaka kvarcüveg azt szolgáltatták.
§ EEPROM - (angol elektronikusan törölhető, programozható, csak olvasható memória, amely elektromosan törölhető EEPROM ..). A memória az ilyen típusú törölhető, és töltse ki az adatok több tízezer alkalommal. Használt szilárdtest tároló. Az egyik fajta EEPROM flash memória (Eng. Flash memória).
§ ROM, mágneses domének. K1602RTS5 például volt egy bonyolult mintavevő berendezés és tárolni elég nagy mennyiségű adat formájában mágnesezett tartományok a kristály, noha nincs mozgó alkatrész (lásd. A számítógép memóriájában). Korlátlan számú írási ciklust.
kérelem
Indító ROM-mal - firmware-t, úgy, hogy ha meg van írva a megfelelő ROM chip telepítve a hálózati térkép, lehetővé válik zagruzkaoperatsionnoy rendszer egy számítógépen egy távoli helyről hálózat. Beépíthető NIC indító ROM-mal számítógépek keresztül lehet aktiválni a BIOS-t.