Виды и характеристики памяти. Дисциплина «Структура компьютерных средств». Тема №4. Занятие №1/1

1.

ВОЕННАЯ КАФЕДРА
при НАО «КазНИТУ имени К.И. САТПАЕВА»
ЦИКЛ
ИНФОРМАЦИОННОЙ ЗАЩИТЫ

2.

Дисциплина
«Структура компьютерных средств»
Тема №4
«Память»
Занятие №1/1
«Виды и характеристики памяти»

3.

Учебные вопросы:
1. Характеристики запоминающих устройств
внутренней памяти.
2. Иерархия запоминающих устройств.
3. Основная память.
Цели занятия:
Изучить виды и характеристики памяти;
Обучить понимать иерархию запоминающих
устройств.

4.

Учебный вопрос №1.
«Характеристики запоминающих устройств
внутренней памяти»
Внутренняя память располагается частично
на общем кристалле с процессором (регистры и
кэш-память), а частично - на системной плате
(основная память и, возможно, кэш память 3-го
и более высоких уровней).
Медленные
ЗУ
большой
емкости
(твердотельные, магнитные и оптические
диски, магнитные ленты) называют внешней
памятью, поскольку к ВМ они подключаются
аналогично устройствам ввода/вывода.

5.

Вопрос №1. «Характеристики запоминающих устройств
внутренней памяти»
Основными функциями ЗУ являются
прием, хранение и выдача данных в
процессе работы ВМ. Процесс приема
данных,
в
ходе
которого
осуществляется их занесение в ЗУ,
называется записью, процесс выдачи
данных - чтением или считыванием, а
совместно их определяют как процессы
обращения к ЗУ.

6.

Вопрос №1. «Характеристики запоминающих устройств
внутренней памяти»
Перечень
основных
характеристик,
которые
необходимо
учитывать,
рассматривая конкретный вид ЗУ, включает
в себя:
емкость;
единицу пересылки;
метод доступа;
быстродействие;
физический тип;
физические особенности;
стоимость.

7.

Вопрос №1. «Характеристики запоминающих устройств
внутренней памяти»
Для основной памяти (ОП) единица
пересылки определяется шириной шины
данных, то есть количеством битов,
передаваемых
по
линиям
шины
параллельно. Обычно единица пересылки
равна длине слова, но не обязательно. Так,
при
пересылке
информации
между
основной памятью и кэш-памятью данные
передаются единицами, превышающими
размер слова, и такие единицы называются
блоками.

8.

Вопрос №1. «Характеристики запоминающих устройств
внутренней памяти»
Различают четыре основных метода
доступа к данным: последовательный,
прямой, произвольный и ассоциативный, из
которых
для
внутренней
памяти
характерны два последних.
В ЗУ с произвольным доступом ячейка
имеет уникальный физический адрес.
Обращение к любой ячейке занимает одно и
то же время и может производиться в любой
последовательности
(произвольной
очередности).

9.

Вопрос №1. «Характеристики запоминающих устройств
внутренней памяти»
Ассоциативный
доступ
позволяет
обращаться к ячейкам ЗУ в соответствии с
признаками хранимых в них данных, он
обеспечивает поиск ячеек, содержащих
такую информацию, в которой значение
отдельных битов совпадает с состоянием
одноименных битов в заданном образце.
Сравнение осуществляется параллельно
для всех ячеек памяти. По ассоциативному
принципу построены некоторые блоки кэшпамяти.

10.

Вопрос №1. «Характеристики запоминающих устройств
внутренней памяти»
Для
количественной
оценки
быстродействия обычно используют
четыре параметра:
- Время выборки данных.
- Время хранения данных.
- Цикл обращения к ЗУ или период
обращения (Тц).
- Скорость передачи данных.

11.

Вопрос №1. «Характеристики запоминающих устройств
внутренней памяти»
Контрольные вопросы:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Основные характеристики ЗУ.
Ёмкость ЗУ.
Единица пересылки.
Метод доступа.
Быстродействие.
Физический тип.

12.

Учебный вопрос №2.
«Иерархия запоминающих устройств»

13.

Вопрос №2. «Иерархия запоминающих устройств»
По мере движения вниз по
иерархической структуре:
1. уменьшается
соотношение
«стоимость/бит».
2. возрастает емкость.
3. растет время выборки.
4. уменьшается частота обращения
к
памяти
со
стороны
центрального процессора.

14.

Вопрос №2. «Иерархия запоминающих устройств»
При оценке эффективности подобной
организации памяти обычно используют
следующие характеристики:
• коэффициент попаданий (hit rate) отношение числа обращений к памяти, при
которых произошло попадание, к общему
числу обращений к ЗУ данного уровня
иерархии;
• коэффициент промахов (miss rate) отношение числа обращений к памяти, при
которых имел место промах, к общему числу
обращений к ЗУ данного уровня иерархии;

15.

Вопрос №2. «Иерархия запоминающих устройств»
• время обращения при попадании (hit time) время, необходимое для поиска нужной информации
в памяти верхнего уровня (включая выяснение,
является ли обращение попаданием), плюс время на
фактическое считывание данных;
• потери на промах (miss penalty) - время,
требуемое для замены блока в памяти более
высокого уровня на блок с нужными данными,
расположенный в ЗУ следующего (более низкого)
уровня. Потери на промах включают в себя: время
доступа (access time) - время обращения к первому
слову блока при промахе и время пересылки
(transfer time) - дополнительное время для
пересылки оставшихся слов блока.

16.

Вопрос №2. «Иерархия запоминающих устройств»
Самый
быстрый,
но
и
минимальный по емкости тип
памяти - это внутренние регистры
ЦП, которые иногда объединяют
понятием
сверхоперативное
запоминающее устройство - СОЗУ
или регистровый файл.

17.

Вопрос №2. «Иерархия запоминающих устройств»
Контрольные вопросы:
1. Что подразумевает пространственная
локальность программы и данных?
2. Что такое попадание и промах?
3. При
оценке
эффективности
организации памяти обычно используют
следующие характеристики:

18.

Учебный вопрос №3.
«Основная память»
Основная память (ОП) представляет
собой единственный вид памяти, к
которой
ЦП
может
обращаться
непосредственно (исключение составляют
лишь
регистры
центрального
процессора). Информация, хранящаяся на
внешних ЗУ, становится доступной
процессору только после того, как будет
переписана в основную память.

19.

Вопрос №3. «Основная память»
Основная память может включать в себя два
типа устройств: оперативные запоминающие
устройства
(ОЗУ)
и
постоянные
запоминающие устройства (ПЗУ).
В
англоязычной
литературе
ОЗУ
соответствует аббревиатура RAM - Random
Access
Memory,
то
есть
≪память
с
произвольным доступом≫.
Вторую группу полупроводниковых ЗУ
основной памяти образуют энергонезависимые
микросхемы ПЗУ (ROM - Read-Only Memory).

20.

Вопрос №3. «Основная память»
Рис. 4.2. Увеличение разрядности памяти

21.

Вопрос №3. «Основная память»
Рис. 4.3. Структура основной памяти на основе блочной схемы

22.

Вопрос №3. «Основная память»
Рис. 4.4. Блочная память с чередованием адресов по циклической схеме

23.

Вопрос №3. «Основная память»
Рис. 4.5. Блочно-циклическая схема расслоения памяти

24.

Вопрос №3. «Основная память»
Контрольные вопросы:
ЗУ с произвольным доступом.
Блочная организация основной памяти.
Расслоение памяти.
Блочная память с чередованием адресов
по циклической схеме.
5. Блочно-циклическая схема расслоения
памяти.
1.
2.
3.
4.