6.Организация памяти электронных вычислительных машин

6.1Основные понятия

К числу основных относятся следующие понятия: запоминающий элемент (ЗЭ), ячейка памяти, запоминающее устройство (ЗУ), память ЭВМ.

Определение 1 памяти (ГОСТ): память – это часть ЭВМ, предназначенная для запоминания и выдачи информации. Функции памяти: 1) хранение информации; 2) прием информации по запросу – запись; 3) выдача информации по запросу – чтение. Операции чтения и записи информации в память принято называть обращением к памяти.

Запоминающий элемент – это место хранения бита информации. Типичный пример ЗЭ – триггер. На основе ЗЭ организуется хранение более крупных единиц информации – слов.

Ячейка памяти – это фиксированная совокупность ЗЭ, обращение к которым производится одновременно как единому целому. Ячейка памяти – это место хранения слова информации.

Доступ к информации, хранимой в ячейках памяти, обычно организуется по адресному принципу: ячейки памяти нумеруются числами 0, 1, …, Е-1, номер ячейки называют ее адресом. Количество ячеек памяти Е – емкость памяти – и длина адреса связаны отношением Е = 2 ^m , m – длина адреса в битах. Таким образом, адресуемым элементом памяти является ячейка, а единицей обмена с памятью является слово: за одно обращение к памяти можно прочитать или записать одно слово информации.

Следует отметить, что в памяти третьего уровня (во внешней памяти) адресуются более крупные единицы информации – блоки, состоящие из фиксированного количества слов. Совокупность ЗЭ, предназначенная для хранения блока информации, в этом случае также можно считать ячейкой памяти, так как обращение к нему осуществляется как к единому целому: за одно обращение можно записать или прочитать один блок. Блок является единицей обмена с внешней памятью. Блоки как ячейки памяти нумеруются номерами 0, 1, …, Е-1 и рассматриваются как адреса блоков.

Доступ к ячейкам памяти с заданным адресом А обеспечивается схемой селекции, которая выбирает одну из ячеек при обращении с целью записи или чтения слова (блока) информации. В простых случаях схема селекции выполняется на основе дешифратора, в более сложных случаях кроме дешифратора используются и другие схемы и механизмы.

Определение ЗУ. Совокупность ячеек памяти, объединенных в единое целое схемой селекции, называется ЗУ.

Второе определение памяти. Память ЭВМ – это совокупность ЗУ, объединенных в единую систему, управляемую ЦП.

6.2Организация и основные характеристики запоминающих устройств

Всякое ЗУ состоит из двух частей: запоминающей части ЗЧ и блока управления БУ (рисунок 6.1). Блок управления БУ обеспечивает выбор ячейки с адресом А, т.е. доступ к этой ячейке, и управление операциями чтения или записи по запросам ЧТ или ЗП: Операция чтения обеспечивает выдачу слова информации из ячейки с адресом А на выходную шину: ЧТ: ВЫХ := [A]. Операция записи обеспечивает прием слова со входной шины и запись его в ячейку с адресом А: ЗП: [A]: = ВХ. Доступ к ячейкам памяти обеспечивается схемой селекции, входящей в состав БУ

Основные характеристики ЗУ: емкость, быстродействие, надежность, стоимость.

Емкость ЗУ определяется количеством ячеек, т.е. максимальным количеством информации, которая одновременно может храниться в ЗУ.

Быстродействие ЗУ определяется количеством операций обращения в единицу времени и зависит от продолжительности одной операции обращения: Vзу = 1/tобр.

В общем случае время обращения различно при выполнении операций ЧТ и ЗП:

t_обр^чт = _д + _чт + _рег,

t_обр^зп = _д + _подг + _зп (6.1)

Здесь t_д ‑ время доступа к информации (к ячейке ЗУ); _чт ‑ время выдачи содержимого ячейки на выходную шину ЗУ; _рег ‑ время регенерации – повторной записи в ячейку информации, разрушенной при чтении (это время равно нулю, если чтение производится без разрушения информации); _подг ‑ время на подготовку ячейки к записи новой информации. Подготовка, если она требуется, осуществляется путем стирания старой информации. Время _подг =0, если стирания старой информации перед записью новой не требуется делать (например, в ЗУ на триггерах); _зп ‑ время собственно записи слова с входной шины ЗУ в выбранную схемой селекции ячейку ЗУ.

В зависимости от времени обращения (от быстродействия) ЗУ делятся на три класса: сверхоперативные, оперативные и внешние.

Надежность ЗУ обычно характеризуется временем наработки на отказ.

Стоимость ЗУ – интегральная характеристика. Она зависит от емкости, быстродействия, надежности ЗУ. Чем лучше эти технические характеристики, тем выше стоимость.

Применительно к ЗУ используется понятие удельной стоимости: δ=S/E, где S - стоимость ЗУ. Под удельной стоимостью понимается стоимость хранения единицы информации: байта, КВ, МВ, ГВ.

Следует отметить, что δ_созу>δ_озу>>δ_взу.