рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Структура памяти эвм

Структура памяти эвм - Конспект Лекций, раздел Компьютеры, Вычислительные машины однопроцессорные ЭВМ Классическая Пятиблочная Структура Неймана, Рассмотренная Ранее, Предполагала...

Классическая пятиблочная структура Неймана, рассмотренная ранее, предполагала наличие только одного устройства памяти – ОП. Однако современные ЭВМ имеют иерархическую структуру памяти, каждый уровень которой характерен различным быстродействием и емкостью. Появление многочисленных иерархически расположенных уровней памяти связано, прежде всего, с постоянным увеличением разрыва в быстродействии процессора и ОП, которое необходимо скомпенсировать для повышения производительности ЭВМ в целом.

Кроме того, развитие программного обеспечения и расширение круга задач, решаемых на ЭВМ, требовали постоянного увеличения объема ОП. Между тем известно, что на всем протяжении развития ЭВМ требования к емкости и быстродействию ЗУ были противоречивы – чем выше быстродействие, тем технически труднее и дороже обходится увеличение емкости. Необходимость поддержания стоимости памяти ЭВМ на приемлемом уровне, а также множество технических проблем, связанных с построением быстродействующих ЗУ большого объема, и привели в процессе эволюции к созданию иерархической структуры памяти современной ЭВМ.

Несмотря на существенные различия в принципах функционирования и технической реализации различных уровней памяти, существуют общие принципы построения всей иерархии:

- чем ближе уровень памяти к процессору, тем выше его быстродействие и меньше емкость;

- алгоритмы взаимодействия всех уровней памяти построены так, что количество обращений верхнего, более быстродействующего уровня к нижележащему, менее быстродействующему, соседнему уровню является минимальным;

- обмен информацией между соседними иерархическими уровнями памяти в большинстве случаев осуществляется блоками фиксированной длины, что позволяет ускорить обмен за счет аппаратной реализации алгоритмов.

В общем случае память современной ЭВМ включает в себя следующие иерархические уровни:

· Сверхоперативная память (СОП), которая называется еще местной памятью.

· Кэш-память, которая обычно отсутствует в простейших процессорных устройствах. В более сложных ЭВМ кэш имеет несколько уровней, причем кэш верхнего уровня всегда находится в кристалле процессора.

· Оперативная (основная) память (ОП) или оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), а также системное ПЗУ, объединенное с ОЗУ общим полем адресов.

· Память с прямым доступом на магнитных дисках.

· Память с последовательным доступом на магнитных лентах.

Устройства перечислены в порядке убывания быстродействия и увеличения объема.

Рассмотрим в самых общих чертах функциональное назначение устройств памяти, изображенных на рис. 4.1.

 

Оперативная (основная) память, системное ПЗУ. Название этого устройства памяти (ОП) отражает тот факт, что процессор может работать только с программами, которые загружены в ОП. Этот принцип был положен в основу функционирования первых однозадачных ЭВМ. По этому же принципу функционируют современные многозадачные однопроцессорные системы (многопроцессорные системы рассмотрены в последней части настоящего курса). При отсутствии кэш ОП служит для хранения информации, непосредственно используемой в вычислительном процессе. Из ОП в процессор поступают операнды и команды, а обратно – результаты выполненных операций.

Характеристики ОП непосредственно влияют на характеристики ЭВМ в целом и прежде всего на производительность (даже при наличии кэш).

Объем ОП зависит от целевого назначения ЭВМ и колеблется в очень широком диапазоне – от десятков Кбайт в простейших контроллерах до сотен Мбайт. В современных ЭВМ ОП всегда выполняется на полупроводниковых ЗУ и имеет длительность цикла обращения не более 1-2 мкс. (В ЭВМ первого поколения ОП строилась сначала на электронных лампах, а затем на ферритовых кольцах).

 

 

 

Системное ПЗУ имеет с ОП (ОЗУ) общее адресное пространство. Его объем и заполнение существенно зависят от целевого назначения ЭВМ.

Системное ПЗУ может хранить ядро операционной системы, утилиты, драйверы, служебные и прикладные программы и т.д. При включении ЭВМ или ее работе программы, записанные в системном ПЗУ, в большинстве случаев загружаются в ОП (ОЗУ) и только после этого обрабатываются процессором.

 

Сверхоперативная память. Необходимость в СОП возникла уже в первых ЭВМ, когда скорость работы процессора превысила скорость работы ОП. Современные СОП всегда строятся на полупроводниках и представляют собой наборы регистров, находящихся внутри кристалла процессора в непосредственной близости от АЛУ и УУ. Быстродействие СОП должно соответствовать быстродействию АЛУ и УУ процессора. Цикл обращения к СОП составляет 1-2 такта. Объем СОП очень небольшой. Во многих случаях СОП называют также внутренней регистровой памятью процессора. Регистры СОП используют для временного хранения результатов операции в АЛУ, операндов, служебных констант, очень коротких наборов команд обрабатываемой программы и т.д.

По своей сути СОП является буферной памятью, которая в какой-то степени сглаживает разрыв в быстродействии процессора и ОП. Однако ее незначительный объем не позволяет получить приемлемое решение проблемы, поэтому в процессе эволюции ЭВМ возник другой иерархический уровень буферной памяти, быстродействие которого несколько ниже СОП, а емкость существенно больше.

 

Кэш-память. Память этого типа является быстродействующим буфером достаточно большого объема между процессором (его внутренней памятью) и сравнительно медленно действующей ОП. Ее объем (одноуровневая кэш) составляет около 16-256 Кбайт на 4-8 Мбайт ОП. Эта память недоступна программисту (cash в переводе означает тайник). Кэш-память, как уже отмечалось, располагается в непосредственной близости от процессора, а кэш верхних уровней – непосредственно в кристалле процессора. В настоящее время кэш верхнего уровня и СОП стали фактически единым иерархическим уровнем внутренней памяти процессора. В IBM PC БИС нижнего уровня кэш располагается на процессорной шине. Информация в кэш-память закачивается из ОП небольшими блоками, при этом ненужные блоки удаляются из кэш обратно в ОП. Алгоритмы обмена кэш-памяти и ОП весьма строги и будут рассмотрены далее. Наличие кэш-памяти позволяет сгладить различие в быстродействии процессора и ОП. Кроме того, кэш-память дает возможность в ряде случаев не прерывать работу процессора при обмене внешних устройств с ОП в режиме прямого доступа (DMA).

 

Внешняя память. Потребность в памяти, объем которой существенно превосходил бы размер существующих ОП, возникла в процессе эксплуатации уже первых ЭВМ. Такая память могла решить многие проблемы, связанные с вводом в ЭВМ больших программ, которые было невозможно разместить в ОП, и особенно с хранением больших наборов данных. Первоначально в качестве внешней памяти ЭВМ использовались накопители на магнитных барабанах (НМБ) и магнитных лентах (НМЛ). Затем были разработаны и созданы накопители на жестких и гибких магнитных дисках (НМД), которые стали интенсивно вытеснять более медленные НМЛ. Впоследствии были созданы накопители на оптических и магнитооптических дисках.

В настоящее время основным типом устройства внешней памяти является НМД. Внешнюю память на НМД иногда называют оперативным внешним запоминающим устройством (ВЗУ). НМЛ стали использоваться как архивные ВЗУ (стримеры), предназначенные для резервного хранения информации. К этому же классу ВЗУ относятся накопители на оптических и магнитооптических дисках. Все перечисленные ВЗУ имеют быстродействие во много раз меньше, чем ОП, и информация, хранимая на них, не может непосредственно перерабатываться процессором. Перед обработкой в процессоре информация с ВЗУ должна быть обязательно помещена в ОП. Емкость ВЗУ в ряде случаев для конкретной ЭВМ и конкретной задачи можно считать бесконечной.

Ниже рассматриваются принципы построения только внутренней памяти ЭВМ.

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

Вычислительные машины однопроцессорные ЭВМ

Вычислительные машины.. конспект лекций..

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Структура памяти эвм

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

ЧАСТЬ 2
  Настоящий конспект лекций продолжает материал, изложенный в первой части. Конспект посвящен изучению основ организации и функционирования ЭВМ в целом и ее отдельных узлов, взаимодей

Принципы построения устройств внутренней памяти
Памятью ЭВМ называют совокупность устройств, служащих для запоминания, хранения и выдачи информации. Отдельные устройства, входящие в эту совокупность, называются запоминающими устройствами или пам

Адресная память
В памяти с адресной организацией размещение и поиск информации в ЗМ основаны на использовании адреса хранения единицы информации, которую в дальнейшем для краткости будем называть словом. Ад

Ассоциативная память
В памяти этого типа поиск информации происходит не по адресу, а по ее содержанию. Под содержанием информации в данном случае понимается не смысловая нагрузка лежащего на хранении в ячейке памяти сл

Стековая память (магазинная)
Стековая память, так же как и ассоциативная, является безадресной. Стековая память может быть организована как аппаратно, так и на обычном массиве адресной памяти. В случае аппаратной реал

Структуры адресных запоминающих устройств
Адресные ЗУ наиболее широко используются в современных ЭВМ для построения самых разнообразных устройств памяти. В процессе эволюции ЭВМ принципы построения и аппаратная реализация данных ЗУ прошли

Запоминающее устройство типа 2d
Организация ЗУ типа 2D обеспечивает двухкоординатную выборку каждого ЗЭ ячейки памяти. Основу ЗУ составляет плоская матрица из ЗЭ, сгруппированных в 2k ячеек по n разрядов. Обращение к я

Запоминающее устройство типа 3d
Для построения ЗУ больших объемов используют другую схему и другие типы ЗЭ, которые имеют не один, а два конъюнктивно связанных входа выборки. В этом случае адресная выборка осуществляется только п

Запоминающее устройство типа 2d-м
В ЗУ типа 2D-M ЗМ для записи n-разрядных двоичных чисел состоит из n плоских матриц для одноименных разрядов всех чисел, что имеет место в ЗУ типа 3D. Однако процесс записи и считывания информации

ЗЭ на ферритовых кольцах
Памяти на магнитных (ферритовых) сердечниках с прямоугольной петлей гистерезиса появились в начале 50-х годов и сыграли большую роль в увеличении объемов ОП и производительности ЭВМ. Однако появивш

ЗЭ на полупроводниковых элементах
Абсолютное большинство ЗУ внутренней памяти современных ЭВМ (а в универсальных ЭВМ общего назначения – 100%) построено на полупроводниковых ЗЭ. По сравнению с другими типами ЗЭ полупроводниковые ЗЭ

Постоянные запоминающие устройства (ПЗУ, ППЗУ)
Постоянные ЗУ в рабочем режиме ЭВМ допускают только считывание хранимой информации. В зависимости от типа ПЗУ занесение в него информации производится или в процессе изготовления, или в эксплуатаци

Флэш-память
Флэш-память (flash-memory) по типу запоминающих элементов и основным принципам работы подобна памяти типа EEPROM (ППЗУ) с электрическим перепрограммированием. Однако ряд архитектурных и структурных

Контрольные задания
1. На листах ответа должны быть указаны номер группы, фамилия студента и номер его варианта. 2. Номера вопросов выбираются студентом в соответствии с двумя последними цифрами в его зачетно

Общие замечания
При рассмотрении работы процессора подчеркивалось, что информация о том, какую машинную операцию надо выполнить в данный момент, над какими операндами и куда поместить результат, задается машинн

Возможные структуры машинных команд
Процесс эволюции ЭВМ и расширение сферы их целевого использования, совершенствование аппаратного и программного обеспечения ЭВМ привели к созданию машинных команд очень сложной структуры. Однако, е

Способы адресации
Определимся с терминами, которые будут использоваться ниже. Адресный код (АК) – это информация об адресе операнда, содержащаяся в команде. Исполнительный адрес (АИ)

Команды передачи управления
Ранее уже отмечалось, что порядок выполнения команд может быть естественным и принудительным. При естественном порядке после выполнения очередной команды выбирается команда, расположенная в следующ

Команды безусловного перехода (БП)
Общая структура команды безусловного перехода изображена на рис. 5.11. При исполнении этой команды переход осуществляется всегда независимо от каких-либо условий.  

Команды условного перехода (УП)
В этом случае адрес следующей команды зависит от выполнения некоторого условия. Обычно если условие выполняется, то происходит передача управления. Если условие не выполняется, то берется следующая

Команды перехода на подпрограмму
Подпрограмма представляет собой фрагмент программы, обращение к которому может иметь место в любой точке главной программы. Для перехода к подпрограмме в ЭВМ существуют команды безусловного

Индексация
Характерным моментом в процессе переработки информации в ЭВМ является цикличность вычислительных процессов, при которых одни и те же операции могут выполняться над различными операндами, расположен

Контрольные задания
1. На листах ответа должны быть указаны номер группы, фамилия студента и номер его варианта. 2. Номера вопросов выбираются студентом в соответствии с двумя последними цифрами в его зачетно

Принципы организации систем прерывания программ
В процессе выполнения программ внутри ЭВМ или во внешней среде могут возникнуть события, требующие немедленной реакции со стороны процессора. Реакция состоит в том, что процессор прерывает обработк

Характеристики систем прерывания
Эффективность систем прерывания ЭВМ может оцениваться по весьма многочисленным характеристикам, которые отражают особенности их технической реализации. Однако для изучения общих принципов построени

Возможные структуры систем прерывания
Конкретные технические реализации систем прерывания имеют множество вариантов и зависят от типа используемого процессора, структуры системного интерфейса, целевого назначения ЭВМ. В то же время все

Организация перехода к прерывающей программе
Конкретные реализации процедур перехода к прерывающей программе во многом зависят от структуры системы прерывания и типа используемого процессора. Между тем можно сформулировать некоторые общие при

Реализация фиксированных приоритетов
Рассмотрим только простейший случай установки приоритетных соотношений, состоящий в том, что уровень приоритета определяется порядком присоединения ЛЗП к входам системы прерывания, т.е. разрядам Рг

Реализация программно-управляемых приоритетов
Существуют три основных метода реализации в ЭВМ систем программно-управляемых приоритетов – порог прерывания, маска прерывания и смена приоритетов. Первый используется, в основ

Контрольные задания
1. На листах ответа должны быть указаны номер группы, фамилия студента и номер его варианта. 2. Номера вопросов выбираются студентом в соответствии с двумя последними цифрами в его зачетно

Простейшая микроэвм
В зависимости от целевого назначения и используемого процессора ЭВМ существенно различаются по своим вычислительным возможностям, размерам, стоимости конструкции. Несмотря на то что принципы функци

Системный интерфейс микроэвм. Цикл шины
Современные процессоры конструктивно выполняются либо в виде одной БИС (СБИС), либо в виде нескольких БИС, установленных на плате модуля процессора в непосредственной близости друг от друга. Кроме

Промежуточный интерфейс
К процессору микроЭВМ обычно подключается достаточно много ПУ. Это клавиатура, индикаторы, печатающие устройства, накопители, различные датчики и исполнительные устройства систем управления и т.д.

МП с фиксированной системой команд
В п. 3 уже рассматривались принципы функционирования элементарного гипотетического микропроцессора (термин "микропроцессор" и "процессор" далее используются как синонимы). Между

Регистры данных
Для хранения участвующих в операции данных предусмотрены семь 8-раз­рядных регистров. РгА, называемый аккумулятором, предназначен для обмена информацией с памятью и ПУ, т.е. его содержимое может бы

Регистр признаков
Ранее отмечалось, что РгП называют еще регистром флажков и обозначают часто буквами Ф или F. Это 8-разрядный регистр, в котором используются только 5 разрядов. Он предназначен для хранения ряда при

МП с точки зрения программиста
С точки зрения пользователя, реализация физических процессов, протекающих в микросхеме, не представляет особого интереса, как и физическая реализация отдельных узлов МП. В распоряжение пользователя

МП-устройство на основе МП КР580ВМ80А
Упрощенная структурная схема вычислительного устройства на базе МП I8080 (КР580ВМ80А) представлена на рис. 7.9. Это простейшая микроЭВМ минимальной конфигурации, структура которой является частным

Форматы данных МП КР580
Основной формат данных изображен на рис. 7.11.     В микроЭВМ байт данных может интерпретиров

Форматы команд МП 580ВМ80
Для команд используются одно-, двух-, трехбайтовые форматы, причем код операции (КОП) занимает всегда 1 байт. Кроме того, следует помнить, что ША имеет 16 разрядов, т.е. позволяет адресоваться к па

Способы адресации
Способы адресации рассмотрим очень коротко, поскольку все типы адресации в общем виде разобраны ранее.   Прямая адресация В этом случае источником или приемни

Система команд МП 580
Для программирования микроЭВМ на базе МП комплекта КР580 используется 244 команды. Ниже очень коротко будет рассмотрена только часть команд, необходимая для программирования простых задач. Таблицы

Команды управления
Команды этой группы не изменяют содержимого РгП (F).   Команды безусловного перехода По прямому адресу JMP @, где @ – двухбайтовый адре

Контрольные задания
1. На листах ответа должны быть указаны номер группы, фамилия студента и номер его варианта. 2. Номера вопросов выбираются студентом в соответствии с двумя последними цифрами в его зачетно

Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • Популярное
  • Облако тегов
  • Здесь
  • Временно
  • Пусто
Теги