عملکرد اصلی ساختار سلسله مراتبی حافظه چیست؟ خلاصه: سلسله مراتب حافظه، ذخیره سازی. طبقه بندی کلی نرم افزارها

حافظه یکی از بلوک های کامپیوتری است که از دستگاه های حافظه (حافظه) تشکیل شده و برای ذخیره، ذخیره و صدور اطلاعات (الگوریتم پردازش داده ها و خود داده ها) طراحی شده است.

ویژگی های اصلی حافظه های فردی ظرفیت حافظه، سرعت و هزینه ذخیره سازی یک واحد اطلاعات (بیت) است.

سرعت (تاخیر) حافظه با زمان دسترسی و مدت چرخه حافظه تعیین می شود. زمان دسترسی، فاصله زمانی بین صدور درخواست خواندن و لحظه ورود کلمه درخواستی از حافظه است. مدت زمان یک چرخه حافظه با حداقل زمان بین دو دسترسی متوالی به حافظه تعیین می شود.

الزامات افزایش ظرفیت و سرعت حافظه و همچنین کاهش هزینه آن متناقض است، هر چه سرعت بالاتر باشد، دستیابی به آن از نظر فنی دشوارتر و افزایش ظرفیت حافظه هزینه بر است.

مانند بسیاری از دستگاه های کامپیوتری، حافظه دارای ساختار سلسله مراتبی است. یک مدل تعمیم یافته از چنین ساختاری که منعکس کننده تنوع خاطرات و تعامل آنهاست، در شکل 1 نشان داده شده است. 36. تمامی دستگاه های ذخیره سازی دارای سرعت و ظرفیت های متفاوتی هستند. هر چه سطح سلسله مراتب بالاتر باشد، سرعت حافظه مربوطه بیشتر است، اما ظرفیت آن کمتر است.

بالاترین سطح - فوق عملیاتی - شامل رجیسترهای کنترل و بلوک های عملیاتی پردازنده، حافظه فوق عملیاتی، حافظه کنترلی، حافظه بافر (حافظه کش).

در سطح عملیاتی دوم حافظه دسترسی تصادفی (RAM) قرار دارد که برای ذخیره برنامه ها و داده های فعال، یعنی برنامه ها و داده هایی که کامپیوتر با آنها کار می کند، خدمت می کند.

لایه بیرونی پایین بعدی حافظه خارجی را در خود جای می دهد.

برنج. 36. ساختار سلسله مراتبی حافظه

حافظه محلی (حافظه ثبت شده پردازنده) بخشی از CPU (رجیسترهای بلوک های کنترل و عملیات پردازنده) است و برای ذخیره سازی موقت اطلاعات در نظر گرفته شده است. ظرفیت کم و بالاترین سرعت را دارد. چنین حافظه ای بر اساس رجیسترهای همه منظوره ساخته می شود که از نظر ساختاری با پردازنده کامپیوتر ترکیب می شوند. این نوع حافظه برای ذخیره کدهای کنترل و سرویس و همچنین اطلاعاتی که اغلب در هنگام اجرای برنامه توسط پردازنده به آنها دسترسی پیدا می کند، استفاده می شود.

گاهی اوقات در معماری کامپیوتر، حافظه ثبت به شکل یک حافظه فوق سریع با آدرس دهی مستقیم سازماندهی می شود. چنین حافظه ای برای ذخیره عملوندها، داده ها و اطلاعات سرویس مورد نیاز پردازنده استفاده می شود.

حافظه کنترلی برای ذخیره ریزبرنامه های کنترلی پردازنده طراحی شده است و به صورت حافظه فقط خواندنی (ROM) یا حافظه فقط خواندنی قابل برنامه ریزی (PROM) پیاده سازی می شود. در سیستم هایی با روش ریزبرنامه برای پردازش اطلاعات، UE برای ذخیره ریزبرنامه های یک بار ضبط شده، برنامه های کنترلی و ثابت ها استفاده می شود.

از نظر عملکردی، حافظه نهان به عنوان یک حافظه بافر در نظر گرفته می شود که بین حافظه اصلی (RAM) و پردازنده قرار دارد. هدف اصلی حافظه نهان ذخیره سازی کوتاه مدت و صدور اطلاعات فعال به پردازنده است که باعث کاهش دسترسی به حافظه اصلی می شود که سرعت آن کمتر از حافظه کش است. حافظه نهان از نظر برنامه نویسی قابل دسترسی نیست. در رایانه های مدرن، حافظه پنهان سطح اول و دوم متمایز می شود. حافظه نهان سطح اول با دستورالعمل های CPU و پیش واکشی کننده داده ها ادغام شده است و معمولاً برای ذخیره سازی دستورالعمل های پرکاربرد استفاده می شود. کش سطح دوم به عنوان بافر بین RAM و پردازنده عمل می کند. در برخی از رایانه ها، حافظه نهان به طور جداگانه برای دستورالعمل ها و جداگانه برای داده ها وجود دارد.

حافظه با دسترسی تصادفی (RAM) برای ذخیره اطلاعاتی که مستقیماً در فرآیند محاسبات نقش دارند استفاده می شود. پردازنده از RAM کدها و عملوندهایی را دریافت می کند که عملیات ارائه شده توسط برنامه بر روی آنها انجام می شود، از پردازنده به RAM، نتایج میانی و نهایی پردازش اطلاعات برای ذخیره سازی ارسال می شود.

حافظه خارجی (VnP) برای ذخیره مقادیر زیادی از اطلاعات برای مدت زمان طولانی استفاده می شود. به طور معمول، GNP ارتباط مستقیمی با پردازنده ندارد. رسانه های مورد استفاده عبارتند از دیسک های مغناطیسی (انعطاف پذیر و سخت)، دیسک های لیزری و غیره.

ظرفیت نسبتا کوچک RAM (8 - 64 مگابایت) با ظرفیت تقریبا نامحدود دستگاه های ذخیره سازی خارجی جبران می شود. با این حال، این دستگاه ها نسبتا کند هستند - زمان دسترسی به داده ها برای دیسک های مغناطیسی ده ها میکروثانیه است. برای مقایسه: چرخه دسترسی به حافظه اصلی (RAM) 50 ns است. بر این اساس فرآیند محاسباتی باید با کمترین تعداد تماس ممکن پیش برود حافظه خارجی.

). یعنی که انواع مختلفحافظه ها سلسله مراتبی را تشکیل می دهند که در سطوح مختلف آن حافظه هایی با زمان دسترسی، پیچیدگی، هزینه و حجم متفاوت وجود دارد. امکان ایجاد سلسله مراتب حافظه به این دلیل است که اکثر الگوریتم ها در هر بازه زمانی به مجموعه داده های کوچکی دسترسی دارند که می تواند در حافظه سریعتر، اما گرانتر و در نتیجه کوچکتر قرار گیرد (به en: locality of reference مراجعه کنید). استفاده از حافظه سریعتر عملکرد مجموعه محاسباتی را افزایش می دهد. حافظه در این مورد به یک دستگاه ذخیره سازی داده ها (دستگاه حافظه) در محاسبات یا حافظه رایانه اشاره دارد.

هنگام طراحی رایانه‌ها و سیستم‌های با کارایی بالا، معاوضه‌های زیادی وجود دارد، مانند اندازه و فناوری برای هر سطح از سلسله مراتب. شما می توانید مجموعه ای از حافظه های مختلف (m 1 , m 2 ,…,m n) را که در سلسله مراتب قرار دارند در نظر بگیرید، یعنی هر سطح m i، به طور معمول، تابع سطح m i-1 سلسله مراتب است. برای کاهش بیشتر زمان انتظار سطوح بالاسطوح پایین‌تر می‌توانند داده‌ها را در قسمت‌های بزرگ‌شده با بافر آماده کنند و در صورت پر شدن بافر، به سطح بالایی در مورد امکان دریافت داده سیگنال دهند.

غالباً 4 سطح اصلی (بزرگ شده) سلسله مراتب وجود دارد:

1. حافظه داخلی پردازنده (رجیسترهایی که در یک فایل رجیستر و حافظه پنهان پردازنده سازماندهی شده اند).
2. رم سیستم (RAM) و کارت های حافظه کمکی.
3. درایوهای دسترسی داغ (ذخیره‌سازی انبوه آنلاین) - یا حافظه ثانویه رایانه. هارد دیسک هاو درایوهای حالت جامد که برای شروع دریافت داده نیازی به اقدامات طولانی (ثانیه یا بیشتر) ندارند
4. درایوهایی که نیاز به تعویض رسانه (ذخیره‌سازی انبوه آفلاین) دارند - یا ذخیره‌سازی درجه سوم. این شامل نوارهای مغناطیسی، نوارها و کتابخانه‌های دیسکی است که نیاز به چرخش طولانی مدت یا تعویض مکانیکی (یا دستی) رسانه ذخیره‌سازی دارند.

سلسله مراتب حافظه در رایانه های شخصی مدرن

اکثر رایانه های شخصی مدرن سلسله مراتب حافظه زیر را در نظر می گیرند:

1. رجیسترهای پردازشگر در یک فایل رجیستر سازماندهی شده اند - بیشتر دسترسی سریع(در مرتبه 1 چرخه)، اما فقط چند صد یا به ندرت هزاران بایت اندازه دارد.
2. حافظه پنهان پردازنده سطح 1 (L1) - زمان دسترسی به ترتیب چندین چرخه، ده ها کیلوبایت در اندازه
3. حافظه نهان سطح 2 پردازنده (L2) - زمان دسترسی طولانی تر (2 تا 10 برابر کندتر از L1)، حدود نیم مگابایت یا بیشتر
4. حافظه نهان پردازنده سطح 3 (L3) - زمان دسترسی حدود صد چرخه، چندین مگابایت اندازه است (اخیراً در پردازنده های انبوه استفاده شده است)
5. RAM سیستم - زمان دسترسی از صدها تا شاید هزاران چرخه، اما اندازه های عظیم چندین گیگابایت، تا ده ها. زمان دسترسی به RAM ممکن است برای بخش‌های مختلف آن در مورد مجتمع‌های کلاس NUMA (با دسترسی غیریکنواخت حافظه) متفاوت باشد.
6. ذخیره سازی دیسک - میلیون ها چرخه، اگر داده ها از قبل ذخیره یا بافر نشده باشند، تا چندین ترابایت اندازه دارند.
7. حافظه سوم - تا چند ثانیه یا چند دقیقه تاخیر دارد، اما حجم عملا نامحدود است (کتابخانه های نوار).

اغلب برنامه نویسان معمولا تصور می کنند که حافظه به دو سطح RAM و درایو دیسک تقسیم می شود، اگرچه در زبان های اسمبلی و زبان های سازگار با اسمبلی (مانند ) امکان کار مستقیم با رجیسترها وجود دارد. استفاده از سلسله مراتب حافظه مستلزم اقدام هماهنگ توسط برنامه نویس، سخت افزار و کامپایلرها (و همچنین پشتیبانی اولیه در سیستم عامل):

• برنامه نویسان مسئول سازماندهی انتقال داده بین دیسک و حافظه (RAM) با استفاده از I/O فایل هستند. سیستم عامل های مدرن نیز این را به عنوان صفحه بندی پیاده سازی می کنند.
• سخت افزار وظیفه سازماندهی انتقال داده ها بین حافظه و کش را بر عهده دارد.
• کامپایلرهای بهینه ساز وظیفه تولید کدی را بر عهده دارند که از رجیسترهای پردازنده و حافظه نهان توسط سخت افزار استفاده موثری می کند.

بسیاری از برنامه نویسان هنگام برنامه نویسی حافظه چند سطحی را در نظر نمی گیرند. این رویکرد تا زمانی کار می کند که برنامه به دلیل فقدان عملکرد دیوار حافظه، کاهش عملکرد را تجربه نکند. هنگام تصحیح کد (Refactoring)، برای دستیابی به بالاترین عملکرد، لازم است که حضور و ویژگی های کار سطوح بالای سلسله مراتب حافظه را در نظر بگیرید.

ادبیات

• Mikhail Guk "IBM PC hardware" سن پترزبورگ 1998

یادداشت

بنیاد ویکی مدیا 2010 .

ببینید "سلسله مراتب حافظه" در فرهنگ های دیگر چیست:

سلسله مراتب حافظه- - مباحث مخابرات، مفاهیم اولیه سلسله مراتب حافظه EN ...

مفهوم ایجاد رابطه بین کلاس های سطوح مختلف حافظه رایانه بر اساس ساختار سلسله مراتبی. سلسله مراتب RAM پیاده سازی شده در یک سیستم محاسباتی مبتنی بر پردازنده ... ویکی پدیا

- (دستگاه های حافظه) برای محاسبه. فن آوری (به رایانه الکترونیکی مراجعه کنید) دستگاه هایی برای ضبط، ذخیره و بازتولید اطلاعات. یک شخص فیزیکی می تواند به عنوان حامل اطلاعات عمل کند. انتشار سیگنال از طریق رسانه ... دایره المعارف فیزیکی

این اصطلاح معانی دیگری دارد، به Gerarchia مراجعه کنید. سلسله مراتب (از دیگر یونانی ἱεραρχία، از ἱερός «مقدس» و ἀρχή «قاعده») ترتیب تبعیت پیوندهای پایین تر به پیوندهای بالاتر، سازماندهی آنها به ساختار درختی. اصل مدیریت در ... ویکی پدیا

بخش مدیریت حافظه برنامه کامپیوتری(هم برنامه و هم سیستم عامل) که درخواست های تخصیص و انتشار RAM یا (برای برخی از معماری های کامپیوتری) درخواست هایی برای گنجاندن یک ناحیه حافظه داده شده را پردازش می کند ... ویکی پدیا

نموداری که جایگاه سطح ریزمعماری را در ساختار چند سطحی یک کامپیوتر نشان می دهد. در مهندسی کامپیوتر ... ویکی پدیا

معماری کنترلر کتابچه راهنمای مترجم فنی

معماری کنترلر- معماری کنترلر مجموعه ای از اجزای اصلی آن و ارتباطات بین آنهاست. یک ترکیب PLC معمولی شامل یک پردازنده مرکزی، حافظه، رابط های شبکه و دستگاه های ورودی/خروجی است. معمول… … کتابچه راهنمای مترجم فنی

- << Intel 80486 >> واحد پردازش مرکزی ... ویکی پدیا

این مقاله برای حذف پیشنهاد شده است. توضیح دلایل و بحث مربوطه را می توان در صفحه ویکی پدیا یافت: حذف می شود / 24 دسامبر 2012. در حالی که روند مورد بحث قرار می گیرد ... ویکی پدیا

کتاب ها

• سخنرانی در مورد تاریخ کلیسای باستان. در 4 جلد (تعداد جلدها: 4)، بولوتوف واسیلی وی. وی. پروفسور V.V. بولوتوف (1854-1900) - مورخ برجسته کلیسای ارتدکس، مرد دانش دایره المعارفی که به کلاسیک باستان و تعدادی از زبانهای اروپایی مسلط بود. مطالعه کرد…
• Informatics Introduction to Computer Science, L. Korolev, A. Mikov. کتاب درسی به تفصیل بحث می کند مفهوم ریاضیالگوریتم ها، الگوریتم های بازگشتی و ساختارهای داده بازگشتی، الگوریتم های مرتب سازی و جستجو. مبانی نظریه پیچیدگی ترسیم شده است ...

عدم تمرکز مدیریت شامل سازمان سلسله مراتبی ایجاد ساختار کامپیوتر . دستگاه کنترل پردازنده اصلی یا مرکزی فقط دنباله کار ماژول های برده و مقداردهی اولیه آنها را تعیین می کند و پس از آن طبق برنامه های کنترلی خود به کار خود ادامه می دهند. نتایج عملیات مورد نیاز توسط آنها "بالا سلسله مراتب" برای هماهنگی مناسب همه کارها ارائه می شود.

ماژول های برده (کنترل کننده ها، آداپتورها، KVV) به نوبه خود می توانند استفاده کنند لاستیک های مخصوص یا بزرگراه ها برای تبادل اطلاعات استانداردسازی و یکسان سازی منجر به ظهور سلسله مراتبی از لاستیک ها و تخصصی شدن آنها شد. به دلیل تفاوت در سرعت دستگاه ها و ساختارهای رایانه شخصی، موارد زیر ظاهر شد:

اتوبوس سیستم - برای تعامل دستگاه های اصلی؛

اتوبوس محلی - برای سرعت بخشیدن به تبادل داده های ویدئویی؛

اتوبوس جانبی - برای اتصال دستگاه های جانبی "آهسته".

اصل سلسله مراتبی ساخت و ساز و مدیریت مشخصه نه تنها برای ساختار رایانه به عنوان یک کل، بلکه برای زیرسیستم های جداگانه آن. به عنوان مثال، سیستم حافظه کامپیوتر بر اساس همان اصل ساخته شده است.

اصل سلسله مراتب حافظه

مطلوب است که کاربر رم کامپیوتر با ظرفیت اطلاعات زیاد و سرعت بالا داشته باشد. با این حال، ساخت حافظه تک سطحی اجازه نمی دهد که این دو الزام متضاد به طور همزمان برآورده شوند. بنابراین، حافظه رایانه های مدرن بر اساس یک اصل چند سطحی و هرمی ساخته شده است.

پردازنده ها ممکن است شامل شوند دستگاه ذخیره سازی اسکرچ پد ظرفیت کوچک، که توسط چندین ده یا چند صد رجیستر با زمان دسترسی سریع یک چرخه پردازنده (نان ثانیه، ns) تشکیل شده است. این جایی است که داده هایی که مستقیماً در پردازش استفاده می شوند معمولاً ذخیره می شوند.

سطح بعدی است حافظه کش , یا حافظه دفترچه یادداشت , که یک وسیله ذخیره سازی بافر برای ذخیره صفحات فعال ده ها و صدها کیلوبایتی است. در رایانه های شخصی مدرن، به نوبه خود به موارد زیر تقسیم می شود: حافظه نهان L1 (E p = 16-32 KB با زمان دسترسی 1-2 چرخه پردازنده). به حافظه نهان L2 (E n = 128-512 KB با زمان دسترسی 3-5 چرخه) و حتی به حافظه نهان L3 (En = 2-4 مگابایت با زمان دسترسی 8-10 چرخه). حافظه کش، به عنوان یک حافظه سریعتر، برای سرعت بخشیدن به واکشی دستورالعمل های برنامه و داده های پردازش شده در نظر گرفته شده است. نمونه گیری انجمنی از داده ها در اینجا امکان پذیر است. حجم اصلی برنامه های کاربر و داده های آنها در حافظه دسترسی تصادفی قرار دارد (ظرفیت - میلیون ها کلمه ماشین، زمان نمونه برداری - 10-20 چرخه پردازنده).

بخشی از داده های ثابت مورد نیاز سیستم عامل برای کنترل محاسبات و اغلب استفاده شده را می توان در آن قرار داد دستگاه ذخیره سازی دائمی(ROM). در سطوح پایین سلسله مراتب قرار دارند دستگاه های ذخیره سازی خارجیدر رسانه های مغناطیسی آنها را می توان بر روی دیسک های سخت و فلاپی مغناطیسی، نوارهای مغناطیسی، دیسک های مغناطیسی نوری و غیره اجرا کرد. آنها با سرعت کم و ظرفیت بسیار بالا متمایز می شوند.

سازماندهی تبادل پیش از جریان اطلاعات بین حافظه سطوح مختلف با مدیریت غیرمتمرکز آنها به ما امکان می دهد سلسله مراتب حافظه را به عنوان یک حافظه ظاهری (مجازی) انتزاعی در نظر بگیریم. کار هماهنگ تمام سطوح تحت کنترل برنامه های سیستم عامل ارائه می شود. مقدار حافظه استفاده شده به این دلیل بسیار بیشتر از RAM است.

حافظه کامپیوتر - مجموعه ای از دستگاه های فردی که اطلاعات را به خاطر می آورند، ذخیره می کنند و صادر می کنند. دستگاه های فردیخاطرات نامیده می شود دستگاه های ذخیره سازی (ZU). عملکرد رایانه شخصی تا حد زیادی به ترکیب و ویژگی های دستگاه های ذخیره سازی بستگی دارد که به نوبه خود در اصل عملکرد و هدف متفاوت هستند. رویه ها عملیات اصلی حافظه هستند. سوابقو قرائت(نمونه ها) . نام کلی این روش ها نامیده می شود دسترسی به حافظهویژگی های اصلی حافظه عبارتند از ظرفیتو کارایی(زمان دسترسی به حافظه).

ظرفیت حافظه بر حسب بایت (1 بایت = 8 بیت)، کیلوبایت (1 کیلوبایت = 2 10 بایت)، مگابایت (1 مگابایت = 2 10 کیلوبایت)، گیگابایت (1 گیگابایت = 2 10 مگابایت)، ترابایت (1 ترابایت = 2 10 گیگابایت) اندازه گیری می شود.

سرعت در ثانیه اندازه گیری می شود و در حال حاضر بسته به روش دسترسی به اطلاعات از 10 - 2 تا 10 - 9 ثانیه متغیر است.

از طریق دسترسیبه اطلاعات ذخیره شده در آنها، حافظه به موارد زیر تقسیم می شود: حافظه با دسترسی تصادفی. حافظه با دسترسی مستقیم؛ حافظه دسترسی سریال

که در حافظه دسترسی تصادفیزمان چرخش به مکان داده ها بستگی ندارد. چنین دسترسی در رجیسترها اجرا می شود همه منظوره، حافظه کش و حافظه داخلی رایانه شخصی.

رسانه ذخیره سازی در حافظه دسترسی مستقیمبه طور مداوم می چرخد، و در نتیجه داده ها پس از مدت زمان مشخصی در دسترس هستند. حافظه دسترسی مستقیم شامل HDD، LMHD، GCD است.

حافظه دسترسی سریال، قبل از یافتن داده های لازم، تمام بخش های قبلی حافظه را "مشاهده" می کند. دسترسی سریال در دستگاه های حافظه با استفاده از نوار مغناطیسی، به عنوان مثال، در استریمرها اجرا می شود.

لازم به ذکر است که الزامات ظرفیت و سرعت حافظه از نظر پیاده سازی فنی متضاد هستند. بنابراین، برای عملکرد مؤثر در رایانه شخصی، حافظه بر اساس یک اصل سلسله مراتبی ساخته می شود، جایی که در سطوح مختلف سلسله مراتب حافظه هایی وجود دارد که دارای ویژگی های مختلف. ساختار سلسله مراتبی حافظه PC در شکل 1 نشان داده شده است.

هنگام حرکت از سطح 1 به 3 سلسله مراتب، سرعت حافظه کاهش می یابد و ظرفیت افزایش می یابد.

سازمان سلسله مراتبیارتقاء حافظه به شما امکان می دهد عملکرد رایانه شخصی را افزایش دهید و ظرفیت ذخیره سازی نامحدودی را در اختیار کاربر قرار دهید.

هدف و ویژگی های اصلی حافظه سطح 1 در سخنرانی 3 توضیح داده شد. اجازه دهید سطوح 2 و 3 سلسله مراتب حافظه PC را در نظر بگیریم.

حافظه خارجی به دستگاه های رایانه شخصی خارجی اشاره دارد و برای ذخیره طولانی مدت هرگونه اطلاعاتی که ممکن است برای حل مشکلات مورد نیاز باشد استفاده می شود. حافظه خارجی شامل انواع مختلفی از حافظه است، اما رایج ترین آنها که تقریباً در هر رایانه ای موجود است، HDD، فلاپی دیسک و GCD است. این درایوها برای ذخیره حجم زیادی از اطلاعات، ضبط و صدور اطلاعات ذخیره شده در صورت درخواست به یک حافظه با دسترسی تصادفی طراحی شده اند.

HDD (HDD- هارد دیسک)معمولاً به عنوان "وینچستر" شناخته می شود. برخلاف RAM، HDD تضمین می کند ذخیره سازی طولانی مدتاطلاعاتی که مورد نیاز نیست غذای ثابتکامپیوتر از منبع تغذیه خارجی برای نوشتن داده ها به دیسکهای سختبا استفاده از یک لایه مغناطیسی این دیسک ها را پوشش می دهد که در داخل هارد دیسک با سرعت بالا می چرخند. سرهای خواندن/نوشتن در امتداد دیسک ها حرکت می کنند. ویژگی های اصلی هارد دیسک های مدرن عبارتند از: ظرفیت (تا 1 ترابایت). تعداد صفحات (حداکثر 5)؛ تعداد سر (10 سر)؛ میانگین زمان جستجوی اطلاعات (کمتر از 10 میلی ثانیه)؛ سرعت چرخش دیسک (تا 10 هزار دور در دقیقه)؛ وزن (کمتر از 100 گرم). تولید کنندگان اصلی HDD عبارتند از IBM، Seegate، Toshiba، Fujitsu، Samsung.

NGMD (FDD- درایو فلاپی دیسک)یک دستگاه خواندن/نوشتن برای فلاپی دیسک های قابل جابجایی است ( فلاپی دیسک، فلاپی دیسک). قبلاً از دیسک های مغناطیسی در 2 اندازه استفاده می شد: 5.25 "" (133 میلی متر) و 3.5 " (89 میلی متر). موارد اول مدت‌ها پیش ناپدید شده‌اند و 3.5 اینچ فقط برای انتقال مقادیر نسبتاً کم (1.44 مگابایت) اطلاعات بین رایانه‌ها استفاده می‌شود. اطلاعات روی فلاپی دیسک ها مانند داده ها در هارد دیسک ذخیره می شود، با تنها استثنا این که دیسک در فلاپی درایو با سرعت بسیار کمتری می چرخد ​​و تنها یک دیسک وجود دارد. به دلیل آب بندی ناکافی، فلاپی دیسک ها اغلب از کار می افتند. بنابراین، به عنوان یک رسانه ذخیره سازی، فلاپی دیسک بسیار غیرقابل اعتماد است و اکنون کمتر و کمتر مورد استفاده قرار می گیرد.

GCDدر حال حاضر قابل اعتمادترین و پرکاربردترین دستگاه های حافظه خارجی هستند. خواندن اطلاعات از دیسک نوری به دلیل ثبت تغییرات در شدت تابش یک لیزر کم توان منعکس شده از لایه آلومینیوم رخ می دهد.

NOD ها به دو دسته تقسیم می شوند: CD-ROM (کامپکت دیسک خواندن فقط حافظه)-دیسک فشرده فقط خواندنی؛ CD-R (کامپکت دیسک قابل ضبط)-یک بار ضبط لوح فشرده; CD-RW (کامپکت دیسک قابل بازنویسی)- سی دی قابل بازنویسی؛ دی وی دی(دیجیتال همه کاره دیسک)-دیسک دیجیتال جهانی .

یک دیسک نوری استاندارد حدود 650-800 مگابایت ظرفیت دارد، یک دیسک دی وی دی دارای ظرفیت 17 گیگابایت است.

دیسک دی وی دیبا داشتن ابعادی مشابه یک سی دی نوری معمولی، حجم بسیار زیادی از اطلاعات را در خود نگه می دارد - از 4.7 تا 17 گیگابایت. در حال حاضر، دیسک DVD فقط در دو زمینه استفاده می شود: برای ذخیره فیلم های ویدئویی (DVD-Video یا به سادگی DVD) و پایگاه داده های بسیار بزرگ (DVD-ROM، DVD-R). برخلاف CD-ROM، دیسک های DVDدر دو طرف نوشته شده است علاوه بر این، یک یا دو لایه اطلاعات را می توان در هر طرف اعمال کرد. بنابراین، دیسک های تک لایه یک طرفه دارای ظرفیت 4.7 گیگابایت هستند (اغلب به آنها DVD-5 می گویند، یعنی دیسک هایی با ظرفیت حدود 5 گیگابایت)، دیسک های تک لایه دو طرفه - 9.4 گیگابایت (DVD-10) ، دیسک های دو لایه یک طرفه - 8.5 گیگابایت (DVD-9) و دو طرفه دو لایه - 17 گیگابایت (DVD-18). بسته به مقدار داده ای که باید ذخیره شود، نوع دیسک DVD انتخاب می شود. اگر ما داریم صحبت می کنیمدرباره فیلم‌ها، دیسک‌های دو طرفه اغلب دو نسخه از یک فیلم را ذخیره می‌کنند - یکی با صفحه عریض، دیگری در قالب تلویزیون کلاسیک.

حافظه آرشیوی رایانه شخصی برای ذخیره طولانی مدت و قابل اعتماد برنامه ها و داده ها طراحی شده است. همانطور که از شکل 2.3 مشاهده می شود، اطلاعات را می توان ذخیره کرد روی دیسکت، دیسک های نوری، هارد قابل جابجایی، نوار مغناطیسی و فلش مموری.از آنجایی که سه رسانه ذخیره سازی اول در بالا توضیح داده شده است، و یک هارد دیسک قابل جابجایی اساساً با یک هارد دیسک معمولی تفاوت ندارد، ما به ویژگی های اصلی فلش مموری توجه می کنیم.

فلش ممورینوع خاصی از حافظه نیمه هادی بازنویسی غیر فرار است. این بدان معناست که برای ذخیره سازی داده ها به انرژی اضافی نیاز ندارد (انرژی فقط برای نوشتن مورد نیاز است)، امکان تغییر (رونویسی) داده های ذخیره شده در آن را فراهم می کند و شامل قطعات متحرک مکانیکی (مانند HDD یا GCD معمولی) نیست و بر روی آن ساخته شده است. اساس مدارهای مجتمع

اطلاعات نوشته شده در حافظه فلش را می توان برای مدت بسیار زیادی ذخیره کرد مدت زمان طولانی(چند سال)، و قادر به تحمل بارهای مکانیکی قابل توجه (5-10 برابر بیشتر از حداکثر مجاز برای هارد دیسک های معمولی) است.

مزیت اصلی فلش مموری نسبت به درایوهای معمولی این است که فلش مموری در حین کار به میزان قابل توجهی (حدود 10 تا 20 برابر یا بیشتر) انرژی کمتری مصرف می کند. در HDD، NGMD، GCD، نوار کاست و سایر رسانه های مکانیکی، ب Oبیشتر انرژی صرف به حرکت درآوردن مکانیک این دستگاه ها می شود. علاوه بر این، حافظه فلش نسبت به سایر رسانه های ذخیره سازی مکانیکی کوچکتر است.

اندازه حامل فلش مموری از 20 تا 40 میلی متر طول، عرض و ضخامت تا 3 میلی متر است، ظرفیت آن به 1 گیگابایت می رسد، بسته به نوع فلش مموری، اطلاعات را می توان از 10 هزار تا 1 میلیون بار بازنویسی کرد.

به دلیل مصرف انرژی کم، فشرده بودن، دوام و سرعت نسبتا بالا، فلش مموری برای استفاده به عنوان یک وسیله ذخیره سازی نه تنها در رایانه های شخصی، بلکه در چنین مواردی ایده آل است. دستگاه های قابل حملمانند دوربین های دیجیتال عکس و فیلم، تلفن های همراه, کامپیوترهای لپ تاپ، پخش کننده های MP3، ضبط کننده های دیجیتال صدا و غیره. در سال های آینده، فلش مموری پر استفاده ترین وسیله ذخیره سازی فشرده خواهد بود که به تدریج جایگزین فلاپی دیسک های آشنا خواهد شد.

حافظه در کامپیوترهای مدرن بر اساس سلسله مراتبی ساخته شده است. یکی از پدیده های مشخصه کامپیوترهای فون نویمان، اصل محلی بودن است. این بدان معنی است که در مدت زمان محدود، هر برنامه اجرایی به همه داده ها و دستورات خود به طور یکنواخت دسترسی ندارد، اما تمایل دارد به بخش محدودی از فضای آدرس خود دسترسی پیدا کند. به عنوان مثال، چنین وضعیتی در محاسبات علمی و مهندسی هنگام حل معادلات ایجاد می شود، زمانی که بخش های کوچکی از کد اجرا می شوند که حاوی تعداد زیادی حلقه و زیر روال تو در تو هستند و با کمک آنها، بخش های نسبتا کوچکتری از داده ها با ارجاع مکرر پردازش می شوند. به نتایج متوسط از این نتیجه می شود که به منظور افزایش عملکرد بدون افزایش قابل توجه هزینه، حافظه را می توان بر اساس یک اصل سلسله مراتبی ساخت. در این حالت چندین سطح از سلسله مراتب حافظه با حجم و زمان دسترسی متفاوت وجود دارد. اطلاعات بر اساس اهمیت، فرکانس دسترسی و «فوریت» سرویس بین آنها برای ذخیره سازی توزیع می شود. هر سطح از سلسله مراتب با هزینه معینی برای ذخیره یک بایت (کلمه) و نرخ واکشی یک بایت (کلمه) یا یک بلوک چند بایتی (کلمه) مشخص می شود.

معمولاً تعامل درون سلسله مراتب حافظه بین دو سطح مجاور در نظر گرفته می شود.

حداقل واحد اطلاعاتی که می تواند در یکی از دو سطح تعاملی در سلسله مراتب وجود داشته باشد یا وجود نداشته باشد، بلوک می نامیم. اندازه بلوک می تواند ثابت یا متغیر باشد. اگر این اندازه ثابت باشد، مقدار حافظه چند برابر اندازه بلوک است.

هنگام اشاره به هر سطح از سلسله مراتب، دو نتیجه ممکن است. یا بلوک مورد نظر در سطح درخواستی است ( ضربه ) یا از دست رفته ( از دست رفته ) و باید به سطح بعدی سلسله مراتب که نرخ نمونه برداری کمتری دارد، بروید. کارایی مکانیسم ذخیره سازی داده را می توان با نرخ ضربه توصیف کرد. مکانیسم سازماندهی هر سطح از سلسله مراتب باید توانایی قرار دادن هر بلوک از تعداد بیشتری را فراهم کند سطح پایینسلسله مراتب از این رو، مکانیزم انجمنی خاصی برای نمایش یک بلوک از سطح پایین سلسله مراتب به سطح بالاتر مورد نیاز است.

سلسله مراتب حافظه در یک کامپیوتر در شکل نشان داده شده است. 17. ظرفیت حافظه در شکل از بالا به پایین افزایش می یابد، هزینه ذخیره یک بایت (کلمه) و نرخ واکشی یک بایت (کلمه) از پایین به بالا افزایش می یابد.

اکثر سطح بالاسلسله مراتب - حافظه ثبت. ظرفیت حافظه رجیستر معمولاً از چند ده (گاهی اوقات صدها) بایت یا کلمه تجاوز نمی کند. از نظر فیزیکی، حافظه ثبت مستقیماً در پردازنده مرکزی قرار دارد، بنابراین زمان دسترسی به حافظه حداقل است و از مدت زمان 1 چرخه پردازنده تجاوز نمی کند. همانطور که قبلا ذکر شد، در حافظه رجیستر، بیشترین داده های عملیاتی ذخیره می شود، مانند آدرس سلول های حافظه پردازش شده فعلی، شمارنده های چرخه، عملوندهای عملیات حسابی انجام شده در حال حاضر.

رم انبوه دارای حجمی از چند ده کیلوبایت تا چند صد مگابایت است. به دلیل تعدادی از ویژگی های تکنولوژیکی، سرعت دسترسی به رم بسیار کندتر از سرعت پردازنده های مرکزی رشد می کند و معمولا زمان دسترسی از 5 تا 15 سیکل پردازنده است. برای افزایش سرعت انتخاب اطلاعات بین حافظه اصلی و واحد پردازش مرکزیسطح دیگری از سلسله مراتب معرفی شده است - حافظه متوسط، فوق سریع یا حافظه کش. کلمه cache در ترجمه انگلیسی به معنای یک مخفیگاه، یک انبار مخفی، یک ذخیره پنهان است. معنای این اصطلاح این است که حافظه کش نامرئی و برای CPU شفاف است. عملکرد کش توسط کنترل کننده کش کنترل می شود. به دسترسی‌های CPU به حافظه اصلی نگاه می‌کند و تعیین می‌کند که آیا داده‌های مورد نیاز در حافظه پنهان ذخیره می‌شوند (هیت کش) و بنابراین، می‌توان از آن خواند یا نه (از دست رفتن حافظه نهان)، و بنابراین، حافظه اصلی کندتر خواهد شد. باید دسترسی داشت سرعت دسترسی به سلول حافظه کش می تواند از 3 تا 7 سیکل پردازنده باشد. حافظه کش، به نوبه خود، می تواند بر اساس یک اصل سلسله مراتبی پیاده سازی شود، یعنی. را می توان به چند سطح تقسیم کرد:

· حافظه پنهان سطح اول، چند کیلوبایت در اندازه با زمان دسترسی 2-3 چرخه، به طور مستقیم در پردازنده تعبیه شده است.

· حافظه نهان سطح دوم با زمان دسترسی 3-5 چرخه و حجم چند ده کیلوبایت، واقع در همان برد با پردازنده مرکزی.

کش سطح سوم با زمان دسترسی 5-7 سیکل و حجم چند صد کیلوبایت در هر برد سیستمو غیره

در ادامه این قسمت به بحث حافظه کش برمی گردیم و عملکرد آن را با جزئیات بیشتری بررسی می کنیم.

پایین ترین سطح سلسله مراتب حافظه، ذخیره سازی انبوه است. حجم آن چندین مرتبه بزرگتر از ظرفیت رم اصلی است. پردازنده توانایی دسترسی سریع به داده های موجود در حافظه خارجی را ندارد و برای پردازش باید به حافظه اصلی منتقل شود. رم و حافظه خارجی با هم به اصطلاح حافظه مجازی را تشکیل می دهند.

داستان کوتاه علوم کامپیوترو خلقت نرم افزاربه توسعه دهندگان کامپیوتر اجازه داد تا یک نتیجه گیری مهم را انجام دهند: در رایانه موجود است حافظه فیزیکیهرگز برای رفع نیازهای برنامه نویس کافی نیست . تامین کامپیوتر رماندازه بزرگ به دلایل اقتصادی بی سود است. تحقق این واقعیت به ایده سازماندهی منجر شد حافظه مجازی . مجازی یک منبع انتزاعی را که در واقع به صورت فیزیکی وجود ندارد، اما با استفاده از ابزارهای فنی موجود مدل سازی شده است، فراخوانی کنید.

در سیستمی با حافظه مجازی، برنامه‌ها «فکر می‌کنند» که فضای آدرس کافی به آنها داده شده است (فضای ارائه شده به یک برنامه یا گروهی از برنامه‌ها می‌تواند به میزان قابل توجهی از مقدار حافظه فیزیکی موجود در رایانه بیشتر شود). در این مورد، فضای کاری به بلوک - صفحات تقسیم می شود (اندازه صفحه معمولی 2-4 کیلوبایت است). صفحات مربوط به کار در حال انجام تا حدی در حافظه پرسرعت و تا حدی در برخی از دستگاه های ذخیره سازی کندتر و ارزان تر قرار دارند. مدیر حافظه مجازی دسترسی‌های حافظه را کنترل می‌کند و اگر صفحه مورد نیاز در حافظه فیزیکی نباشد، یک سقط اتفاق می‌افتد. کنترل کننده وقفه تماس می گیرد دستگاه خارجیبرای خواندن صفحه گم شده، پس از آن اجرای دستوری که باعث وقفه شده است دوباره تکرار می شود. بنابراین، برنامه کاربردی "توجه نمی کند" که صفحه آن در حافظه نیست. طبیعتا به دلیل نیاز به دسترسی دوره ای به حافظه خارجی برای صفحات از دست رفته، سرعت اجرای برنامه کاهش می یابد. این کاهش سرعت یک "شر ضروری" است - قیمت مقدار زیادی از فضای آدرس موجود. توسعه دهندگان پردازنده های آدرس پذیر مجازی ابزارهای مختلفی را برای به حداقل رساندن اثر کاهش سرعت تا حد امکان ارائه می دهند.

سیستم‌های حافظه مجازی را می‌توان به دو دسته تقسیم کرد: سیستم‌هایی با اندازه ثابت بلوک‌ها به نام صفحات و سیستم‌هایی با اندازه متغیر بلوک‌ها که سگمنت‌ها نامیده می‌شوند. هر دو نوع سازماندهی حافظه مجازی در زیر مورد بحث قرار می گیرند.