Классификация ЗУ по функциональному назначению

При разделении ЗУ по функциональному назначению иногда рассматривают два класса: внутренние и внешние ЗУ ЭВМ. Обычно, к внутренним ЗУ относят устройства непосредственно доступные процессору, а к внешним – такие, обмен информацией которых с процессором происходит через внутренние ЗУ.

1. Верхнее место в иерархии памяти занимают сверхоперативные, регистровые ЗУ, которые входят в состав процессора и часто рассматриваются не как самостоятельный блок ЗУ, а просто, как набор регистров процессора. Такие ЗУ, в большинстве случаев реализованы на том же кристалле процессора и предназначены для хранения небольшого количества информации которая обрабатывается в текущий момент времени или часто используется процессором. Обращение к этим ЗУ производится непосредственно по командам процессора. Регистровые ЗУ достаточно универсальны и выполняют функции не только хранения но и преобразования информации.

2. Следующую позицию в иерархии занимают буферные ЗУ. Их назначение состоит в сокращении времени передачи информации между процессором и более медленными устройствами памяти компьютера.. Буфер представляет собой более быстрое, но менее емкое ЗУ, чем то, для ускорения работы которого он предназначен. При этом в буфере размещается только та часть информации из более медленного ЗУ, которая используется в настоящий момент. В процессоре в роли буферного ЗУ выступает КЭШ- память. Причем сама КЭШ-память может состоять из двух (а в серверных системах – даже трех) уровней: первого (L1) и второго (L2), также отличающихся своей емкостью и временем обращения. Конструктивно кэш уровня L1 входит в состав процессора (поэтому его иногда называют внутренним). Кэш уровня L2 либо также входит в микросхему процессора, либо может быть реализован в виде отдельной памяти. Как правило, на параметры быстродействия процессора большее влияние оказывают характеристики кэш-памяти первого уровня. Время обращения к кэш-памяти, которая обычно работает на частоте процессора, составляет от десятых долей до единиц наносекунд, т.е. не превышает длительности одного цикла процессора.

3. Еще одним (внутренним) уровнем памяти являются вспомогательные ЗУ. Они могут иметь различное назначение. Одним из примеров таких устройств являются ЗУ микропрограмм, которые иногда называют управляющей памятью. Другим – вспомогательные ЗУ, используемые для управления многоуровневой памятью.

Вспомогательные ЗУ используются для управления памятью (например, теговая память, используемая для управления кэш-памятью, буфер переадресации TLB – translation location buffer) представляют собой различные таблицы, используемые для быстрого поиска информации в разных ступенях памяти, отображения ее свойств, очередности перемещения между ступенями и пр. Емкости и времена обращения к таким ЗУ зависят от их назначения. Обычно – это небольшие (до нескольких Кбайт), но быстродействующие ЗУ. Специфика назначения предполагает недоступность их командам процессора.

4. Следующим уровнем иерархии памяти является оперативная память. Оперативное ЗУ (ОЗУ) является основным запоминающим устройством ЭВМ, в котором хранятся выполняемые в настоящий момент процессором программы и обрабатываемые данные, резидентные программы, модули операционной системы и т.п. Название оперативной памяти также несколько изменялось во времени. В англоязычной литературе также используется термин RAM (random access memory), означающий память с произвольным доступом. Стандартные объемы ее составляют (в начале 2000-х годов) сотни мегабайт – единицы гигабайт, а времена обращения – единицы ÷десятки наносекунд.

5. В состав памяти ЭВМ входят также служебные ЗУ, принадлежащие отдельным функциональным блокам компьютера. Формально, эти устройства непосредственно не обслуживают основные потоки данных и команд, проходящие через процессор. Их назначение обычно сводится к буферизации данных, извлекаемых из каких-либо устройств и поступающих в них.

Типичным примером такой памяти является видеопамять графического адаптера, которая используется в качестве буферной памяти для снижения нагрузки на основную память и системную шину процессора. Другим примерами таких устройств могут служить буферная память контроллеров жестких дисков, а также память, использовавшаяся в каналах (процессорах) ввода-вывода для организации одновременной работы нескольких внешних устройств.

6. Все остальные запоминающие устройства можно объединить с точки зрения функционального назначения в одну общую группу, охарактеризовав ее, как группу внешних ЗУ. Под словом “внешние” следует подразумевать то, что информация, хранимая в этих ЗУ, в общем случае расположена на носителях не являющихся частью собственно ЭВМ. Под это определение подпадают гибкие диски, жесткие диски, компакт диски, накопители на сменных магнитных и магнитооптических дисках, твердотельные (флэш) диски и флэш-карты, стримеры, внешние винчестеры и др. Естественно, что параметры этих устройств достаточно различны. Функциональное назначение их обычно сводится либо к архивному хранению информации, либо к переносу ее од одного компьютера к другому.