Принципы построения памяти

Системы памяти современных ЭВМ представляют собой совокупность аппаратных средств, предназначенных для хранения используемой в ЭВМ информации. К системе памяти можно отнести и программные средства, организующие управление ее работой в целом, а также драйверы различных видов запоминающих устройств. Производительность и вычислительные возможности ЭВМ в значительной степени определяются составом и характеристиками ЗУ. Поэтому в составе ЭВМ используется одновременно несколько типов ЗУ (памятей), отличающихся принципом действий, характеристиками и назначением.

Ключевым принципом построения памяти ЭВМ является иерархическая организация (принцип, сформулированный еще Джоном фон Нейманом), которая предполагает использование в системе памяти компьютера запоминающих устройств (ЗУ) с различными характеристиками и c различным месторасположением. Причем с развитием технологий, появлением новых видов ЗУ и совершенствованием структурной организации ЭВМ, количество уровней в иерархии памяти ЭВМ увеличивается. Иерархическая структура памяти является традиционным решением проблемы хранения большого количества данных. Она изображена на рисунке 3.16. на нем показаны различные типы ЗУ, причем поскольку рисунок обобщенный, то не все из представленных на нем ЗУ обязательно входят в состав ЭВМ, а характер связей между устройствами может отличаться от представленного на рисунке.

На самом верху находятся регистры процессора. Доступ к регистрам осуществляется быстрее всего. Дальше идет кэш-память, объем которой сейчас составляет от 32 Кбайт до нескольких мегабайт. Затем следует основная память, которая в настоящее время может вмещать от 16 Мбайт до десятков гигабайтов. Далее идут магнитные диски и, наконец, накопители на магнитной ленте и оптические диски, которые используются для хранения архивной информации.

Рисунок 3.16 –Пятиуровневая организация памяти

По мере продвижения по структуре сверху вниз возрастают три параметра.

Во-первых, увеличивается время доступа. Доступ к регистрам занимает несколько наносекунд, доступ к кэш-памяти немного больше, доступ к основной памяти–десяток наносекунд, доступ к дискам занимает до 10 мкс.

Во-вторых, увеличивается объем памяти. Регистры могут содержать до 20000 байт, кэш-память — несколько мегабайтов, основная до нескольких гигабайтов, магнитные диски — от нескольких гигабайтов до нескольких сотен гигабайтов. Магнитные ленты и оптические диски хранятся автономно от компьютера, поэтому их объем ограничивается только финансовыми возмож­ностями владельца.

В-третьих стоимость одного бита уменьшается.