Ո՞րն է հիշողության հիերարխիկ կառուցվածքի հիմնական գործառույթը: Համառոտ Հիշողության հիերարխիա, քեշավորում: Ծրագրային ապահովման ընդհանուր դասակարգում

Հիշողությունը համակարգչային բլոկներից մեկն է, որը բաղկացած է հիշողության սարքերից (հիշողությունից) և նախատեսված է տեղեկատվության պահպանման, պահպանման և թողարկման համար (տվյալների մշակման ալգորիթմ և բուն տվյալները):

Առանձին հիշողությունների հիմնական բնութագրերն են հիշողության հզորությունը, տեղեկատվության միավորի (բիթ) պահպանման արագությունը և արժեքը:

Հիշողության արագությունը (լատենտությունը) որոշվում է մուտքի ժամանակով և հիշողության ցիկլի տևողությամբ: Մուտքի ժամանակը ժամանակային ընդմիջումն է ընթերցման հարցում տրամադրելու և պահանջվող բառի հիշողությունից գալու պահի միջև: Հիշողության ցիկլի տևողությունը որոշվում է հիշողության երկու հաջորդական մուտքերի միջև եղած նվազագույն ժամանակով:

Հիշողության հզորությունն ու արագությունը մեծացնելու, ինչպես նաև դրա արժեքը նվազեցնելու պահանջները հակասական են, որքան բարձր է արագությունը, այնքան տեխնիկապես ավելի դժվար է դրան հասնելը, և այնքան թանկ է հիշողության հզորության բարձրացումը:

Ինչպես համակարգչային սարքերի մեծ մասը, հիշողությունն ունի հիերարխիկ կառուցվածք: Նման կառուցվածքի ընդհանրացված մոդելը, որն արտացոլում է հիշողությունների բազմազանությունը և դրանց փոխազդեցությունը, ներկայացված է Նկ. 36. Բոլոր պահեստավորման սարքերն ունեն տարբեր արագություններ և հզորություններ: Որքան բարձր է հիերարխիայի մակարդակը, այնքան բարձր է համապատասխան հիշողության արագությունը, բայց այնքան փոքր է դրա հզորությունը:

Ամենաբարձր մակարդակը` գերգործառնական, ներառում է պրոցեսորի կառավարման և գործառնական բլոկների ռեգիստրներ, գերօպերատիվ հիշողություն, կառավարման հիշողություն, բուֆերային հիշողություն (քեշ հիշողություն):

Երկրորդ գործառնական մակարդակում պատահական մուտքի հիշողությունն է (RAM), որը ծառայում է ակտիվ ծրագրերի և տվյալների պահպանմանը, այսինքն՝ այն ծրագրերին և տվյալներին, որոնցով աշխատում է համակարգիչը։

Հաջորդ ստորին արտաքին շերտը պարունակում է արտաքին հիշողություն:

Բրինձ. 36. Հիշողության հիերարխիկ կառուցվածքը

Տեղական հիշողությունը (պրոցեսորի գրանցված հիշողությունը) պրոցեսորի մի մասն է (պրոցեսորի կառավարման և գործառնական բլոկների ռեգիստրները) և նախատեսված է տեղեկատվության ժամանակավոր պահպանման համար։ Այն ունի փոքր հզորություն և ամենաբարձր արագությունը: Նման հիշողությունը կառուցված է ընդհանուր նշանակության ռեգիստրների հիման վրա, որոնք կառուցվածքայինորեն համակցված են համակարգչային պրոցեսորի հետ։ Հիշողության այս տեսակն օգտագործվում է հսկողության և սպասարկման կոդերը պահելու համար, ինչպես նաև տեղեկատվություն, որն առավել հաճախ հասանելի է պրոցեսորին՝ ծրագիրն իրականացնելիս:

Երբեմն համակարգչի ճարտարապետության մեջ ռեգիստրի հիշողությունը կազմակերպվում է գերարագ հիշողության տեսքով՝ ուղղակի հասցեագրմամբ։ Նման հիշողությունն օգտագործվում է պրոցեսորի կողմից պահանջվող օպերանդները, տվյալները և սպասարկման տեղեկատվությունը պահելու համար:

Հսկիչ հիշողությունը նախատեսված է պրոցեսորի կառավարման միկրոծրագրերը պահելու համար և իրականացվում է միայն կարդալու հիշողության (ROM) կամ ծրագրավորվող միայն կարդալու հիշողության (PROM) տեսքով: Տեղեկատվության մշակման համար միկրոծրագրային մեթոդ ունեցող համակարգերում UE-ն օգտագործվում է մեկ անգամ գրանցված միկրոծրագրերը, կառավարման ծրագրերը և հաստատունները պահելու համար:

Ֆունկցիոնալ առումով քեշի հիշողությունը համարվում է բուֆերային հիշողություն, որը գտնվում է հիմնական (RAM) հիշողության և պրոցեսորի միջև։ Քեշի հիշողության հիմնական նպատակը կարճաժամկետ պահպանումն է և ակտիվ տեղեկատվության տրամադրումը պրոցեսորին, ինչը նվազեցնում է հիմնական հիշողության մուտքերի քանակը, որի արագությունը փոքր է քեշից: Քեշ հիշողությունը ծրագրային առումով հասանելի չէ: Ժամանակակից համակարգիչներում առանձնանում են առաջին և երկրորդ մակարդակների քեշը։ Առաջին մակարդակի քեշը ինտեգրված է պրոցեսորի հրահանգների և տվյալների նախնական հավաքիչի հետ և սովորաբար օգտագործվում է ամենահաճախ օգտագործվող հրահանգները պահելու համար: Երկրորդ մակարդակի քեշը ծառայում է որպես բուֆեր RAM-ի և պրոցեսորի միջև: Որոշ համակարգիչներում կա քեշ հիշողություն առանձին հրահանգների և առանձին տվյալների համար:

Պատահական մուտքի հիշողությունը (RAM) օգտագործվում է տեղեկատվության պահպանման համար, որն ուղղակիորեն ներգրավված է հաշվարկման գործընթացում: RAM-ից պրոցեսորը ստանում է կոդեր և օպերանդներ, որոնց վրա կատարվում են ծրագրով նախատեսված գործողությունները, պրոցեսորից RAM՝ տեղեկատվության մշակման միջանկյալ և վերջնական արդյունքները ուղարկվում են պահեստավորման։

Արտաքին հիշողությունը (VnP) օգտագործվում է մեծ քանակությամբ տեղեկատվություն երկար ժամանակ պահելու համար: Որպես կանոն, GNP-ն ուղղակի կապ չունի պրոցեսորի հետ: Օգտագործված կրիչներն են մագնիսական սկավառակներ (ճկուն և կոշտ), լազերային սկավառակներ և այլն։

RAM-ի համեմատաբար փոքր հզորությունը (8 - 64 ՄԲ) փոխհատուցվում է արտաքին պահեստավորման սարքերի գրեթե անսահմանափակ հզորությամբ: Այնուամենայնիվ, այս սարքերը համեմատաբար դանդաղ են գործում. մագնիսական սկավառակների համար տվյալների հասանելիության ժամանակը տասնյակ միկրովայրկյան է: Համեմատության համար՝ հիմնական հիշողություն (RAM) մուտքի ցիկլը 50 ns է: Ելնելով դրանից՝ հաշվողական գործընթացը պետք է ընթանա դեպի ամենաքիչ հնարավոր զանգերով արտաքին հիշողություն.

) Նշանակում է, որ տարբեր տեսակներհիշողությունները կազմում են հիերարխիա, որի տարբեր մակարդակներում կան հիշողություններ՝ տարբեր մուտքի ժամանակներով, բարդությամբ, արժեքով և ծավալով: Հիշողության հիերարխիա կառուցելու հնարավորությունը պայմանավորված է նրանով, որ ալգորիթմների մեծամասնությունը յուրաքանչյուր ժամանակային ընդմիջումով մուտք է գործում փոքր տվյալների հավաքածու, որը կարող է տեղադրվել ավելի արագ, բայց թանկ և, հետևաբար, փոքր հիշողության մեջ (տես՝ en:locality of reference): Ավելի արագ հիշողության օգտագործումը մեծացնում է հաշվողական համալիրի աշխատանքը: Հիշողությունը այս դեպքում վերաբերում է տվյալների պահպանման սարքին (հիշողության սարքին) հաշվողական կամ համակարգչային հիշողության մեջ:

Բարձր արդյունավետությամբ համակարգիչներ և համակարգեր նախագծելիս կան բազմաթիվ փոխզիջումներ, ինչպիսիք են չափը և տեխնոլոգիան հիերարխիայի յուրաքանչյուր մակարդակի համար: Դուք կարող եք դիտարկել մի շարք տարբեր հիշողություններ (m 1,m 2,…,m n), որոնք գտնվում են հիերարխիայում, այսինքն՝ յուրաքանչյուր m i մակարդակ, այսպես ասած, ստորադասված է հիերարխիայի m i-1 մակարդակին: Սպասման ժամանակը ավելի կրճատելու համար բարձր մակարդակներ, ստորին մակարդակները կարող են պատրաստել տվյալներ մեծացված մասերում բուֆերացման միջոցով և, երբ բուֆերը լցված է, ազդանշան տալ վերին մակարդակին տվյալների ստացման հնարավորության մասին։

Հաճախ կան հիերարխիայի 4 հիմնական (ընդլայնված) մակարդակ.

1. Պրոցեսորի ներքին հիշողություն (գրանցիչներ, որոնք կազմակերպված են ռեգիստրի ֆայլի և պրոցեսորի քեշի մեջ):
2. Համակարգի RAM (RAM) և օժանդակ հիշողության քարտեր:
3. Hot-access կրիչներ (On-line զանգվածային պահեստավորում) - կամ երկրորդային համակարգչային հիշողություն: Կոշտ սկավառակներև պինդ վիճակի կրիչներ, որոնք երկար (վայրկյան կամ ավելի) գործողություններ չեն պահանջում տվյալների ստացման համար
4. Սկավառակներ, որոնք պահանջում են լրատվամիջոցների փոխարկում (Off-line զանգվածային պահեստավորում) - կամ երրորդական պահեստավորում: Սա ներառում է մագնիսական ժապավեններ, ժապավեններ և սկավառակների գրադարաններ, որոնք պահանջում են պահեստավորման կրիչների երկար պտտում կամ մեխանիկական (կամ ձեռքով) միացում:

Հիշողության հիերարխիա ժամանակակից ԱՀ-ներում

Ժամանակակից ԱՀ-ների մեծ մասը հաշվի է առնում հետևյալ հիշողության հիերարխիան.

1. Պրոցեսորի ռեգիստրները, որոնք կազմակերպված են ռեգիստրի ֆայլում արագ մուտք(1 ցիկլի կարգով), բայց ընդամենը մի քանի հարյուր կամ, հազվադեպ, հազարավոր բայթ չափերով:
2. 1-ին մակարդակի պրոցեսորային քեշ (L1) - մի քանի ցիկլերի կարգի մուտքի ժամանակ, տասնյակ կիլոբայթ չափերով
3. Պրոցեսորի 2 մակարդակի քեշ (L2) - մուտքի ավելի երկար ժամանակ (2-ից 10 անգամ ավելի դանդաղ, քան L1-ը), մոտ կես մեգաբայթ կամ ավելի
4. 3-րդ մակարդակի պրոցեսորային քեշ (L3) - մուտքի ժամանակը մոտ հարյուր ցիկլ է, մի քանի մեգաբայթ չափով (այն վերջերս օգտագործվել է զանգվածային պրոցեսորներում)
5. Համակարգի RAM - մուտքի ժամանակ հարյուրավորից մինչև միգուցե հազարավոր ցիկլեր, բայց հսկայական չափեր՝ մի քանի գիգաբայթ, մինչև տասնյակ: RAM-ի մուտքի ժամանակը կարող է տարբեր լինել դրա տարբեր մասերի համար NUMA դասի համալիրների դեպքում (ոչ միասնական հիշողության հասանելիությամբ)
6. Սկավառակի պահեստավորում. շատ միլիոնավոր ցիկլեր, եթե տվյալները նախապես քեշավորված կամ բուֆերացված չեն, չափերը մինչև մի քանի տերաբայթ
7. Երրորդական հիշողություն - ձգձգում է մինչև մի քանի վայրկյան կամ րոպե, բայց գործնականում անսահմանափակ ծավալներ (ժապավենների գրադարաններ):

Ծրագրավորողների մեծամասնությունը սովորաբար ենթադրում է, որ հիշողությունը բաժանված է երկու մակարդակի՝ RAM-ի և սկավառակի կրիչների, թեև անսամբլի լեզուներում և անսամբլի-համատեղելի լեզուներում (օրինակ՝) հնարավոր է ուղղակիորեն աշխատել ռեգիստրների հետ: Հիշողության հիերարխիայից օգտվելը պահանջում է ծրագրավորողի, սարքաշարի և կոմպիլյատորների համաձայնեցված գործողություններ (ինչպես նաև հիմնական աջակցություն օպերացիոն համակարգ):

• Ծրագրավորողները պատասխանատու են սկավառակների և հիշողության (RAM) միջև տվյալների փոխանցումների կազմակերպման համար՝ օգտագործելով ֆայլի I/O; Ժամանակակից ՕՀ-ները սա նաև իրականացնում են որպես էջավորում:
• Սարքավորումը պատասխանատու է հիշողության և քեշերի միջև տվյալների փոխանցումը կազմակերպելու համար:
• Օպտիմիզացնող կոմպիլյատորները պատասխանատու են կոդ ստեղծելու համար, որն արդյունավետ օգտագործում է պրոցեսորի ռեգիստրները և քեշը սարքաշարի կողմից:

Շատ ծրագրավորողներ ծրագրավորելիս հաշվի չեն առնում բազմաստիճան հիշողությունը։ Այս մոտեցումն աշխատում է այնքան ժամանակ, քանի դեռ հավելվածը չի նկատում կատարողականի դեգրադացիա՝ հիշողության պատի աշխատանքի բացակայության պատճառով: Կոդը (Refactoring) ուղղելիս անհրաժեշտ է հաշվի առնել հիշողության հիերարխիայի վերին մակարդակների աշխատանքի առկայությունն ու առանձնահատկությունները՝ ամենաբարձր կատարողականության հասնելու համար։

գրականություն

• Միխայիլ Գուկ «IBM PC hardware» Սանկտ Պետերբուրգ 1998 թ

Նշումներ

Վիքիմեդիա հիմնադրամ. 2010 թ .

Տեսեք, թե ինչ է «Հիշողության հիերարխիան» այլ բառարաններում.

հիշողության հիերարխիա- - Հեռահաղորդակցության թեմաներ, EN հիշողության հիերարխիայի հիմնական հասկացություններ ...

Հիերարխիկ կառուցվածքի հիման վրա համակարգչային հիշողության տարբեր մակարդակների դասերի միջև հարաբերություններ կառուցելու հայեցակարգը: RAM-ի հիերարխիան, որն իրականացվում է հաշվողական համակարգում, որը հիմնված է պրոցեսորի վրա ... Վիքիպեդիա

- (հիշողության սարքեր) հաշվարկելու համար: տեխնոլոգիա (տես Էլեկտրոնային համակարգիչ) տեղեկատվության ձայնագրման, պահպանման և վերարտադրման սարքեր։ Ֆիզիկական անձը կարող է հանդես գալ որպես տեղեկատվության կրող: ազդանշանը տարածվում է միջավայրում... Ֆիզիկական հանրագիտարան

Այս տերմինն այլ իմաստներ ունի, տես Գերարխիա։ Հիերարխիա (այլ հունարենից ἱεραρχία, ἱερός «սուրբ» և ἀρχή «կանոն») ստորին օղակների բարձրագույններին ենթակայության կարգը, դրանց կազմակերպումը ծառատիպ կառուցվածքի. կառավարման սկզբունքը ... Վիքիպեդիայում

հիշողության կառավարիչ մաս համակարգչային ծրագիր(ինչպես հավելվածը, այնպես էլ օպերացիոն համակարգը), որը մշակում է RAM-ի հատկացման և թողարկման հարցումները կամ (համակարգչային որոշ ճարտարապետությունների համար) տվյալ հիշողության տարածք ներառելու հարցումներ... Վիքիպեդիա

Դիագրամ, որը ցույց է տալիս միկրոճարտարապետական ​​մակարդակի տեղը համակարգչի բազմամակարդակ կառուցվածքում: Համակարգչային ճարտարագիտության մեջ ... Վիքիպեդիա

վերահսկիչի ճարտարապետություն Տեխնիկական թարգմանչի ձեռնարկ

վերահսկիչի ճարտարապետություն- Վերահսկիչի ճարտարապետությունը նրա հիմնական բաղադրիչների և նրանց միջև կապերի ամբողջությունն է: Տիպիկ PLC կազմը ներառում է կենտրոնական պրոցեսոր, հիշողություն, ցանցային միջերեսներ և մուտքային/ելքային սարքեր: Տիպիկ…… Տեխնիկական թարգմանչի ձեռնարկ

- << Intel 80486 >> Կենտրոնական մշակման միավոր ... Վիքիպեդիա

Այս հոդվածն առաջարկվում է ջնջման։ Պատճառների բացատրությունը և համապատասխան քննարկումը կարելի է գտնել Վիքիպեդիայի էջում՝ Ջնջվում է / 24 դեկտեմբերի, 2012թ. Մինչ գործընթացը քննարկվում է ... Վիքիպեդիա

Գրքեր

• Դասախոսություններ Հին եկեղեցու պատմության վերաբերյալ. 4 հատորով (հատորների քանակը՝ 4), Բոլոտով Վասիլի Վ.Վ. Պրոֆեսոր Վ.Վ. ուսումնասիրված…
• Ինֆորմատիկա Ներածություն համակարգչային գիտության մեջ, Լ.Կորոլև, Ա.Միկով Դասագրքում մանրամասն քննարկվում է. մաթեմատիկական հայեցակարգալգորիթմներ, ռեկուրսիվ ալգորիթմներ և ռեկուրսիվ տվյալների կառուցվածքներ, տեսակավորման և որոնման ալգորիթմներ։ Բարդության տեսության հիմքերը ուրվագծված են ...

Կառավարման ապակենտրոնացումը ներառում է հիերարխիկ կազմակերպություն Համակարգչային կառուցվածքի ձևավորում . Հիմնական կամ կենտրոնական պրոցեսորի կառավարման սարքը որոշում է միայն ստրուկ մոդուլների աշխատանքի հաջորդականությունը և դրանց սկզբնավորումը, որից հետո նրանք շարունակում են աշխատել իրենց սեփական կառավարման ծրագրերի համաձայն: Պահանջվող գործողությունների արդյունքները նրանց կողմից ներկայացվում են «հիերարխիայով»՝ բոլոր աշխատանքների պատշաճ համակարգման համար։

Slave մոդուլները (կարգավորիչներ, ադապտերներ, KVV) կարող են իրենց հերթին օգտագործել հատուկ անվադողեր կամ մայրուղիներ տեղեկություններ փոխանակելու համար։ Ստանդարտացումը և միավորումը հանգեցրին անվադողերի հիերարխիայի և դրանց մասնագիտացման առաջացմանը: Առանձին սարքերի և ԱՀ կառուցվածքների արագությունների տարբերությունների պատճառով հայտնվեցին հետևյալը.

համակարգային ավտոբուս - հիմնական սարքերի փոխազդեցության համար.

տեղական ավտոբուս - արագացնել վիդեո տվյալների փոխանակումը;

ծայրամասային ավտոբուս - «դանդաղ» ծայրամասային սարքերի միացման համար:

Շինարարության և կառավարման հիերարխիկ սկզբունքը բնորոշ է ոչ միայն համակարգչի կառուցվածքին որպես ամբողջություն, այլև նրա առանձին ենթահամակարգերին: Օրինակ, համակարգչային հիշողության համակարգը կառուցված է նույն սկզբունքով։

Հիշողության հիերարխիայի սկզբունքը

Ցանկալի է, որ օգտատերը համակարգչի մեջ ունենա մեծ տեղեկատվական հզորությամբ և բարձր արագությամբ RAM։ Այնուամենայնիվ, հիշողության մեկ մակարդակի կառուցումը թույլ չի տալիս միաժամանակ բավարարել այս երկու հակասական պահանջները: Հետեւաբար, ժամանակակից համակարգիչների հիշողությունը կառուցված է բազմամակարդակ, բրգաձեւ սկզբունքով:

Պրոցեսորները կարող են ներառել scratchpad պահեստավորման սարք փոքր հզորություն, որը ձևավորվում է մի քանի տասնյակ կամ մի քանի հարյուր ռեգիստրների միջոցով՝ մեկ պրոցեսորային ցիկլի արագ մուտքի ժամանակով (նանվայրկյաններ, ns): Այստեղ սովորաբար պահվում են տվյալները, որոնք ուղղակիորեն օգտագործվում են մշակման մեջ:

Հաջորդ մակարդակն է քեշ հիշողություն , կամ նոթատետրի հիշողություն , որը բուֆերային պահեստային սարք է՝ տասնյակ և հարյուրավոր կիլոբայթանոց ակտիվ էջերը պահելու համար։ Ժամանակակից ԱՀ-ներում այն, իր հերթին, բաժանվում է. դեպի L2 քեշ (E n =128-512 ԿԲ՝ 3-5 ցիկլ մուտքի ժամանակով) և նույնիսկ դեպի L3 քեշ (E n =2-4 ՄԲ՝ 8-10 ցիկլ մուտքի ժամանակով)։ Քեշ հիշողությունը, որպես ավելի արագ, նախատեսված է արագացնելու ծրագրի հրահանգների և մշակված տվյալների բեռնումը: Այստեղ հնարավոր է տվյալների ասոցիատիվ նմուշառում։ Օգտատիրոջ ծրագրերի և դրանց համար նախատեսված տվյալների հիմնական ծավալը գտնվում է պատահական մուտքի հիշողության մեջ (հզորությունը՝ միլիոնավոր մեքենայական բառեր, նմուշառման ժամանակը ՝ 10-20 պրոցեսորային ցիկլ):

Մշտական ​​տվյալների մի մասը, որն անհրաժեշտ է օպերացիոն համակարգին՝ հաշվարկները վերահսկելու համար և առավել հաճախ օգտագործվում է, կարող է տեղադրվել մշտական ​​պահեստավորման սարք(ROM): Հիերարխիայի ստորին մակարդակներում են արտաքին պահեստավորման սարքերմագնիսական կրիչների վրա: Դրանք կարող են ներդրվել կոշտ և անգործունյա մագնիսական սկավառակների, մագնիսական ժապավենների, մագնիսօպտիկական սկավառակների և այլնի վրա։ Նրանք առանձնանում են ցածր արագությամբ և շատ բարձր հզորությամբ։

Տարբեր մակարդակների հիշողության միջև տեղեկատվական հոսքերի նախնական փոխանակման կազմակերպումը դրանց ապակենտրոնացված կառավարմամբ թույլ է տալիս մեզ դիտարկել հիշողության հիերարխիան որպես վերացական մեկ ակնհայտ (վիրտուալ) հիշողություն: Բոլոր մակարդակների համակարգված աշխատանքը տրամադրվում է օպերացիոն համակարգի ծրագրերի հսկողության ներքո։ Դրա շնորհիվ օգտագործվող հիշողության ծավալը զգալիորեն գերազանցում է RAM-ը:

PC հիշողություն - առանձին սարքերի հավաքածու, որոնք հիշում, պահում և թողարկում են տեղեկատվություն: Անհատական ​​սարքերհիշողությունները կոչվում են պահեստավորման սարքեր (ZU). ԱՀ-ի կատարումը մեծապես կախված է պահեստավորման սարքերի կազմից և բնութագրերից, որոնք իրենց հերթին տարբերվում են շահագործման սկզբունքով և նպատակներով: Ընթացակարգերը հիշողության հիմնական գործողություններն են: գրառումներև ընթերցումներ(նմուշներ) . Այս ընթացակարգերի ընդհանուր անվանումը կոչվում է հիշողության հասանելիություն:Հիշողության հիմնական հատկանիշներն են հզորությունըև կատարումը(հիշողության հասանելիության ժամանակը):

Հիշողության հզորությունը չափվում է բայթերով (1 բայթ = 8 բիթ), կիլոբայթ (1 կբ = 2 10 բայթ), մեգաբայթ (1 մբ = 2 10 կբ), գիգաբայթ (1 գբ = 2 10 մբ), տերաբայթ (1 տբ = 2 10 գբ):

Արագությունը չափվում է վայրկյաններով և ներկայումս տատանվում է 10-2-ից մինչև 10-9 վայրկյան՝ կախված տեղեկատվության հասանելիության եղանակից:

Մուտքի ճանապարհովդրանցում պահվող տեղեկատվությանը հիշողությունը բաժանվում է. պատահական հասանելիությամբ հիշողություն. Հիշողություն ուղղակի մուտքով; Սերիական մուտքի հիշողություն:

AT պատահական մուտքի հիշողությունշրջադարձի ժամանակը կախված չէ տվյալների գտնվելու վայրից: Նման մուտքն իրականացվում է ռեգիստրներում հիմնական նպատակ, գլխավոր նպատակ, քեշ հիշողություն և ԱՀ-ի ներքին հիշողություն:

Պահպանման միջոցը ուղղակի մուտքի հիշողությունանընդհատ պտտվում է, ինչի արդյունքում տվյալները հասանելի են որոշ ժամանակ անց: Ուղղակի մուտքի հիշողությունը ներառում է HDD, LMHD, GCD:

Սերիական մուտքի հիշողություն, նախքան անհրաժեշտ տվյալները գտնելը, «դիտում» է հիշողության բոլոր նախորդ բաժինները։ Սերիական մուտքն իրականացվում է հիշողության սարքերում, օգտագործելով մագնիսական ժապավեն, օրինակ, հոսքագծերում:

Հարկ է նշել, որ հիշողության ծավալին և արագությանը ներկայացվող պահանջները տեխնիկական իրագործման տեսակետից փոխադարձ հակասական են։ Հետևաբար, ԱՀ-ում արդյունավետ գործելու համար հիշողությունը կառուցվում է հիերարխիկ սկզբունքով, որտեղ հիերարխիայի տարբեր մակարդակներում կան հիշողություններ, որոնք ունեն. տարբեր բնութագրեր. ԱՀ-ի հիշողության հիերարխիկ կառուցվածքը ներկայացված է Նկար 1-ում:

Հիերարխիայի 1-ից 3-րդ մակարդակ տեղափոխվելիս հիշողության արագությունը նվազում է, իսկ հզորությունը մեծանում է։

Հիերարխիկ կազմակերպությունՀիշողության բարելավումը թույլ է տալիս բարձրացնել ԱՀ-ի աշխատանքը և օգտատիրոջը տրամադրել գործնականում անսահմանափակ պահեստային հզորություն:

1-ին մակարդակի հիշողության նպատակը և հիմնական բնութագրերը նկարագրված են դասախոսություն 3-ում: Դիտարկենք ԱՀ-ի հիշողության հիերարխիայի 2-րդ և 3-րդ մակարդակները:

Արտաքին հիշողություն վերաբերում է արտաքին ԱՀ սարքերին և օգտագործվում է ցանկացած տեղեկատվության երկարաժամկետ պահպանման համար, որը երբևէ կարող է պահանջվել խնդիրների լուծման համար: Արտաքին հիշողությունը պարունակում է հիշողության տարբեր տեսակներ, բայց ամենատարածվածները, որոնք հասանելի են գրեթե ցանկացած համակարգչում, HDD-ն, անգործունյա սկավառակն ու GCD-ն են: Այս կրիչներն նախագծված են մեծ քանակությամբ տեղեկություններ պահելու, պահված տեղեկությունները գրանցելու և պատահական մուտքի հիշողությանը խնդրանքով տրամադրելու համար:

HDD (HDD- կոշտ սկավառակ)սովորաբար կոչվում է «winchester»: Ի տարբերություն RAM-ի, HDD-ը երաշխավորում է երկարաժամկետ պահեստավորումտեղեկատվություն, որը պարտադիր չէ մշտական ​​սնունդհամակարգիչ արտաքին էներգիայի աղբյուրից: Տվյալներ գրելու համար կոշտ սկավառակներօգտագործելով մագնիսական շերտ: Այն ծածկում է կոշտ սկավառակի ներսում մեծ արագությամբ պտտվող սկավառակները: Կարդալու/գրելու գլուխները շարժվում են սկավառակների երկայնքով: Ժամանակակից HDD-ների հիմնական բնութագրերն են՝ հզորությունը (մինչև 1 ՏԲ); ափսեների քանակը (մինչև 5); գլուխների քանակը (10 գլուխ); տեղեկատվության որոնման միջին ժամանակը (10 ms-ից պակաս); սկավառակի ռոտացիայի արագություն (մինչև 10 հազար պտ/րոպե); քաշը (100 գ-ից պակաս): HDD-ների հիմնական արտադրողներն են IBM, Seegate, Toshiba, Fujitsu, Samsung:

NGMD (FDD- անգործունյա սկավառակի սկավառակ)շարժական անգործունյա սկավառակների կարդալու/գրելու սարք է ( անգործունյա սկավառակներ, անգործունյա սկավառակներ) Նախկինում մագնիսական սկավառակներն օգտագործվում էին 2 չափսի՝ 5.25 «» (133 մմ) և 3.5» (89 մմ): Առաջինները վաղուց անհետացել են, իսկ 3.5""-ն օգտագործվում է միայն համակարգիչների միջև համեմատաբար փոքր (1.44 ՄԲ) տեղեկատվության փոխանցման համար: Անգործունյա սկավառակների տվյալները պահվում են կոշտ սկավառակի տվյալների նման, բացառությամբ միայն այն, որ սկավառակի սկավառակը պտտվում է շատ ավելի դանդաղ արագությամբ, և կա միայն մեկ սկավառակ: Անբավարար կնքման պատճառով անգործունյա սկավառակներն ամենից հաճախ ձախողվում են: Այսպիսով, որպես պահեստավորման միջոց, ճկուն սկավառակը չափազանց անվստահելի է և այժմ ավելի ու ավելի քիչ է օգտագործվում:

GCDներկայումս ամենահուսալի և լայնորեն օգտագործվող արտաքին հիշողության սարքերն են: Օպտիկական սկավառակից տեղեկատվության ընթերցումը տեղի է ունենում ալյումինե շերտից արտացոլված ցածր էներգիայի լազերի ճառագայթման ինտենսիվության փոփոխությունների գրանցման պատճառով:

NOD-ները բաժանվում են. CD-ROM (կոմպակտ Սկավառակ կարդալ Միայն հիշողություն) -կոմպակտ սկավառակ միայն կարդալու համար; CD-R (Կոմպակտ Սկավառակ ձայնագրելի) -ձայնագրել մեկ անգամ կոմպակտ սկավառակ; CD-RW (կոմպակտ Սկավառակ Վերագրանցելի)- վերագրանցելի CD; DVD(Թվային Բազմակողմանի սկավառակ) -ունիվերսալ թվային սկավառակ .

Ստանդարտ օպտիկական սկավառակը ունի մոտ 650-800 ՄԲ հզորություն, DVD սկավառակը՝ 17 ԳԲ:

DVD սկավառակունենալով նույն չափերը, ինչ սովորական օպտիկական CD-ն, այն պարունակում է չափազանց մեծ քանակությամբ տեղեկատվություն՝ 4,7-ից մինչև 17 ԳԲ: Ներկայումս DVD սկավառակն օգտագործվում է միայն երկու բնագավառում՝ տեսաֆիլմեր (DVD-Video կամ պարզապես DVD) և չափազանց մեծ տվյալների բազաներ (DVD-ROM, DVD-R) պահելու համար: Ի տարբերություն CD-ROM-ի, DVD սկավառակներգրված է երկու կողմից: Ավելին, յուրաքանչյուր կողմում կարող է կիրառվել տեղեկատվության մեկ կամ երկու շերտ: Այսպիսով, միակողմանի միաշերտ սկավառակներն ունեն 4,7 ԳԲ հզորություն (դրանք հաճախ կոչվում են DVD-5, այսինքն՝ մոտ 5 ԳԲ տարողությամբ սկավառակներ), երկկողմանի միաշերտ սկավառակներ՝ 9,4 ԳԲ (DVD-10) , միակողմանի երկշերտ սկավառակներ՝ 8,5 ԳԲ (DVD-9), իսկ երկկողմանի երկշերտ՝ 17 ԳԲ (DVD-18): Կախված տվյալների քանակից, որոնք պետք է պահվեն, ընտրվում է DVD սկավառակի տեսակը: Եթե մենք խոսում ենքֆիլմերի մասին, երկկողմանի սկավառակները հաճախ պահում են նույն ֆիլմի երկու տարբերակ՝ մեկը լայնէկրանով, մյուսը՝ դասական հեռուստատեսային ձևաչափով:

Արխիվային հիշողություն ԱՀ-ն նախատեսված է ծրագրերի և տվյալների երկարաժամկետ և հուսալի պահպանման համար: Ինչպես երևում է Նկար 2.3-ից, տեղեկատվությունը կարող է պահպանվել սկավառակների վրա, օպտիկական սկավառակներ, շարժական կոշտ սկավառակ, մագնիսական ժապավեն և ֆլեշ հիշողություն։Քանի որ առաջին երեք կրիչները նկարագրված են վերևում, և շարժական կոշտ սկավառակը սկզբունքորեն չի տարբերվում սովորական կոշտ սկավառակից, մենք նշում ենք ֆլեշ հիշողության հիմնական հատկությունները:

Ֆլեշ հիշողությանանկայուն վերագրանցելի կիսահաղորդչային հիշողության հատուկ տեսակ է։ Սա նշանակում է, որ այն չի պահանջում լրացուցիչ էներգիա տվյալների պահպանման համար (էներգիան պահանջվում է միայն գրելու համար), այն թույլ է տալիս փոխել (վերագրանցել) իր մեջ պահվող տվյալները և չի պարունակում մեխանիկորեն շարժվող մասեր (օրինակ՝ սովորական HDD կամ GCD) և կառուցված է ինտեգրալ սխեմաների հիմքը:

Ֆլեշ հիշողության մեջ գրված տեղեկատվությունը կարող է պահվել շատ ժամանակ երկար ժամանակ(մի քանի տարի) և կարող է դիմակայել զգալի մեխանիկական բեռներին (5-10 անգամ ավելի բարձր, քան սովորական կոշտ սկավառակների համար թույլատրելի առավելագույնը):

Ֆլեշ հիշողության հիմնական առավելությունը սովորական կրիչների նկատմամբ այն է, որ ֆլեշ հիշողությունը շահագործման ընթացքում զգալիորեն (մոտ 10-20 կամ ավելի անգամ) ավելի քիչ էներգիա է ծախսում: HDD-ում, NGMD-ում, GCD-ում, ձայներիզներում և այլ մեխանիկական կրիչներում, բ մասինէներգիայի մեծ մասը ծախսվում է այս սարքերի մեխանիկայի շարժման վրա: Բացի այդ, ֆլեշ հիշողությունը ավելի փոքր է, քան մյուս մեխանիկական պահեստավորման միջոցները:

Ֆլեշ հիշողության կրիչի չափը 20-ից 40 մմ երկարություն է, լայնությունը և հաստությունը մինչև 3 մմ, տարողությունը հասնում է 1 ԳԲ-ի, կախված ֆլեշ հիշողության տեսակից, տեղեկատվությունը կարող է վերագրվել 10 հազարից մինչև 1 միլիոն անգամ:

Ցածր էներգիայի սպառման, կոմպակտության, երկարակեցության և համեմատաբար բարձր արագության շնորհիվ ֆլեշ հիշողությունը իդեալական է որպես պահեստային սարք օգտագործելու համար ոչ միայն ԱՀ-ներում, այլև շարժական սարքերինչպես թվային ֆոտո և տեսախցիկները, Բջջային հեռախոսներ, նոութբուք համակարգիչներ, MP3 նվագարկիչներ, թվային ձայնագրիչներ և այլն։ Առաջիկա տարիներին ֆլեշ հիշողությունը կլինի ամենաօգտագործվող կոմպակտ պահեստային սարքը, որը աստիճանաբար կփոխարինի ծանոթ անգործունյա սկավառակներին:

Ժամանակակից համակարգիչներում հիշողությունը կառուցված է հիերարխիկ հիմունքներով: Ֆոն Նեյմանի համակարգիչներին բնորոշ երեւույթներից է տեղայնության սկզբունքը։ Սա նշանակում է, որ սահմանափակ ժամանակում յուրաքանչյուր գործարկվող ծրագիր հավասարաչափ մուտք չի գործում իր բոլոր տվյալներին և հրամաններին, այլ ձգտում է մուտք գործել իր հասցեների տարածության սահմանափակ մասը: Օրինակ, նման իրավիճակ է առաջանում գիտական ​​և ինժեներական հաշվարկներում՝ հավասարումներ լուծելիս, երբ կատարվում են կոդի փոքր հատվածներ, որոնք պարունակում են մեծ թվով ներդիր օղակներ և ենթածրագրեր, և դրանց օգնությամբ տվյալների ավելի ու ավելի փոքր հատվածներ մշակվում են հաճախակի հղումներով։ դեպի միջանկյալ արդյունքներ: Սրանից հետևում է, որ առանց ծախսերի զգալի աճի արդյունավետությունը բարձրացնելու համար հիշողությունը կարող է կառուցվել հիերարխիկ սկզբունքով։ Այս դեպքում կան հիշողության հիերարխիայի մի քանի մակարդակներ՝ տարբեր ծավալով և մուտքի ժամանակով: Տեղեկատվությունը նրանց միջև տարածվում է պահպանման համար՝ համաձայն դրա կարևորության, հասանելիության հաճախականության և ծառայության «հրատապության»։ Հիերարխիայի յուրաքանչյուր մակարդակ բնութագրվում է մեկ բայթ (բառ) պահելու որոշակի արժեքով և բայթ (բառ) կամ մի քանի բայթ (բառեր) բլոկի բեռնման արագությամբ:

Սովորաբար, դիտարկվում է փոխազդեցությունը հիշողության հիերարխիայում երկու հարակից մակարդակների միջև:

Տեղեկատվության նվազագույն միավորը, որը կարող է առկա լինել կամ բացակայել հիերարխիայի երկու փոխազդող մակարդակներից մեկում, մենք կանվանենք բլոկ: Բլոկի չափը կարող է լինել ֆիքսված կամ փոփոխական: Եթե ​​այս չափը ֆիքսված է, ապա հիշողության քանակը բլոկի չափի բազմապատիկն է:

Հիերարխիայի յուրաքանչյուր մակարդակին անդրադառնալիս հնարավոր է երկու արդյունք: Կամ ցանկալի բլոկը գտնվում է պահանջվող մակարդակում (հարվածում), կամ այն ​​բացակայում է (բացակայում է), և դուք պետք է անցնեք հիերարխիայի հաջորդ մակարդակին, որն ունի ավելի ցածր ընտրանքային արագություն: Տվյալների պահպանման մեխանիզմի արդյունավետությունը կարելի է բնութագրել հարվածների արագությամբ: Հիերարխիայի յուրաքանչյուր մակարդակի կազմակերպման մեխանիզմը պետք է ապահովի ցանկացած բլոկ ավելի շատից տեղադրելու հնարավորություն ցածր մակարդակհիերարխիա։ Հետևաբար, անհրաժեշտ է որոշակի ասոցիատիվ մեխանիզմ՝ հիերարխիայի ստորին մակարդակից դեպի ավելի բարձր բլոկ ցուցադրելու համար:

Համակարգչում հիշողության հիերարխիան ներկայացված է նկ. 17. Նկարում հիշողության հզորությունը վերևից ներքև աճում է, բայթի (բառի) պահպանման արժեքը և բայթի (բառի) բեռնման արագությունը աճում է ներքևից վեր:

Մեծ մասը վերին մակարդակհիերարխիաներ - գրանցել հիշողություն: Ռեգիստրի հիշողության ծավալը սովորաբար չի գերազանցում մի քանի տասնյակ (երբեմն հարյուրավոր) բայթ կամ բառ: Ֆիզիկապես ռեգիստրի հիշողությունը գտնվում է անմիջապես կենտրոնական պրոցեսորում, ուստի հիշողության հասանելիության ժամանակը նվազագույն է և չի գերազանցում 1 պրոցեսորի ցիկլի տևողությունը: Ռեգիստրի հիշողության մեջ, ինչպես նախկինում նշվեց, պահվում են առավելագույն գործառնական տվյալները, ինչպիսիք են ներկայումս մշակված հիշողության բջիջների հասցեները, ցիկլային հաշվիչները, ներկայումս կատարված թվաբանական գործողությունների օպերանդները:

Զանգվածային RAM-ն ունի մի քանի տասնյակ կիլոբայթից մինչև մի քանի հարյուր մեգաբայթ ծավալ: Մի շարք տեխնոլոգիական առանձնահատկությունների շնորհիվ RAM-ի մուտքի արագությունը շատ ավելի դանդաղ է աճում, քան կենտրոնական պրոցեսորների արագությունը, և սովորաբար մուտքի ժամանակը կազմում է 5-ից մինչև 15 պրոցեսորային ցիկլ: Հիմնական հիշողության միջև տեղեկատվության ընտրությունը արագացնելու և կենտրոնական մշակման միավորներդրվում է հիերարխիայի մեկ այլ մակարդակ՝ միջանկյալ, գերարագ հիշողություն կամ քեշ հիշողություն: «Քեշ» բառը անգլերենից թարգմանաբար նշանակում է թաքստոց, գաղտնի պահեստ, թաքնված պահուստ: Այս տերմինի իմաստն այն է, որ քեշի հիշողությունը անտեսանելի է, թափանցիկ պրոցեսորի համար: Քեշի աշխատանքը վերահսկվում է քեշի վերահսկիչի կողմից: Այն նայում է պրոցեսորի մուտքերին դեպի հիմնական հիշողություն և որոշում, թե արդյոք պահանջվող տվյալները պահվում են քեշում (քեշի հիթ) և, հետևաբար, կարելի է կարդալ դրանից, թե ոչ (քեշը բացակայում է), և, հետևաբար, ավելի դանդաղ հիմնական հիշողությունը պետք է մուտք գործել: Քեշի հիշողության բջիջ մուտք գործելու արագությունը կարող է լինել 3-ից 7 պրոցեսորային ցիկլ: Քեշ հիշողությունը, իր հերթին, ինքնին կարող է իրականացվել հիերարխիկ սկզբունքի համաձայն, այսինքն. կարելի է բաժանել մի քանի մակարդակների.

· Առաջին մակարդակի քեշը, մի քանի կիլոբայթ չափով, 2-3 ցիկլ մուտքի ժամանակով, անմիջապես ներկառուցված պրոցեսորի մեջ.

3-5 ցիկլ մուտքի ժամանակով և մի քանի տասնյակ կիլոբայթ ծավալով երկրորդ մակարդակի քեշ, որը տեղակայված է կենտրոնական պրոցեսորի հետ նույն տախտակի վրա;

երրորդ մակարդակի քեշ՝ 5-7 ցիկլ մուտքի ժամանակով և մեկում մի քանի հարյուր կիլոբայթ ծավալով համակարգի տախտակեւ այլն։

Ավելի ուշ այս բաժնում մենք կվերադառնանք քեշի հիշողության քննարկմանը և ավելի մանրամասն կանդրադառնանք դրա գործունեությանը:

Հիշողության հիերարխիայի ամենացածր մակարդակը զանգվածային պահեստավորումն է: Դրա ծավալը մի քանի կարգով ավելի մեծ է, քան հիմնական RAM-ի հզորությունը: Պրոցեսորը արտաքին հիշողության մեջ գտնվող տվյալներին արագ մուտք գործելու հնարավորություն չունի, և մշակման համար դրանք պետք է փոխանցվեն հիմնական հիշողություն: RAM-ը և արտաքին հիշողությունը միասին կազմում են այսպես կոչված վիրտուալ հիշողությունը:

Պատմվածք Համակարգչային գիտությունև ստեղծագործությունը ծրագրային ապահովումհամակարգչային մշակողներին թույլ տվեց մեկ կարևոր եզրակացություն անել. հասանելի է համակարգչում ֆիզիկական հիշողություներբեք բավարար չէ ծրագրավորողի կարիքները բավարարելու համար . Համակարգիչների մատակարարում RAMհսկայական չափերը տնտեսական պատճառներով անշահավետ են։ Այս փաստի գիտակցումը հանգեցրեց կազմակերպելու գաղափարին վիրտուալ հիշողություն . Վիրտուալ անվանել վերացական ռեսուրս, որն իրականում ֆիզիկապես գոյություն չունի, բայց մոդելավորվում է առկա տեխնիկական միջոցների միջոցով:

Վիրտուալ հիշողությամբ համակարգում ծրագրերը «կարծում են», որ իրենց տրվել է բավականաչափ մեծ հասցեի տարածք (ծրագրին կամ ծրագրերի խմբին հատկացված տարածքը կարող է զգալիորեն գերազանցել համակարգչում առկա ֆիզիկական հիշողության քանակը): Այս դեպքում աշխատանքային տարածքը բաժանվում է բլոկների՝ էջերի (տիպային էջի չափը 2-4 ԿԲ է): Կատարվող առաջադրանքի հետ կապված էջերը մասամբ գտնվում են գերարագ հիշողության մեջ, մասամբ՝ ավելի դանդաղ և էժան պահեստավորման սարքի վրա: Վիրտուալ հիշողության կառավարիչը վերահսկում է հիշողության հասանելիությունը, և եթե պահանջվող էջը ֆիզիկական հիշողության մեջ չէ, տեղի է ունենում ընդհատում: Զանգում է ընդհատման կառավարիչը արտաքին սարքկարդալ բաց թողնված էջը, որից հետո նորից կրկնվում է ընդհատման պատճառ դարձած հրամանի կատարումը։ Այսպիսով, հավելվածային ծրագիրը «չի նկատում», որ իր էջը հիշողության մեջ չի եղել։ Բնականաբար, բացակայող էջերի համար արտաքին հիշողության պարբերական մուտքի անհրաժեշտության պատճառով ծրագրի կատարման արագությունը նվազում է։ Այս դանդաղեցումը «անհրաժեշտ չարիք» է՝ հասանելի հասցեների մեծ տարածքի գինը: Վիրտուալ հասցեավոր պրոցեսորների մշակողները տրամադրում են տարբեր միջոցներ՝ հնարավորինս նվազեցնելու դանդաղման ազդեցությունը։

Վիրտուալ հիշողության համակարգերը կարելի է բաժանել երկու դասի. Վիրտուալ հիշողության կազմակերպման երկու տեսակներն էլ քննարկվում են ստորև: