ОРГАНИЗАЦИЯ НА СИСТЕМНАТА ПАМЕТ

Ас. Павел Джунев

Йерархия на паметта

Паметта може да се представи, като йерархична пирамида, в чиято основа са външните запомнящи устройства, а на върха са регистрите и кеш паметта.При изкачване към върха на пирамидата расте бързодействието и цената на паметта, но намалява капацитета и.Информацията се прехвърля от едно физическо ниво към друго на блокове под управлението на OS

Регистърът е устройство, което може да запомня само 1 двоична дума с определена дължина и е изключително бързодействащо.Намира се в процесора.Кеш паметта се изгражда чрез статична памет SRAM, която се състои от голям брой транзистори.Има висока скорост на работа поради липсата на цикъл за възстановяване на данните, както при динамичната памет, тъй като се състои само от транзистори.Кеш паметта служи като посредник между микропроцесора и основната памет.

Характеристики, методи за достъп и видове памети

Първична (вътрешна) – т.нар. „горно ниво“, което включва памети, които се ползват от процесора: основна памет (оперативна и постоянна) и свръх-оперативна памет (регистрова, стекова, кеш памет);

Вторична (външна) – обединява памети за съхраняване на големи обеми данни за трайно ползване, които могат да бъдат ползвани от процесора само след тяхното прехвърляне в първичната памет. Основните групи са магнитни и оптични памети.

Основни характеристики на паметите

В общия случай от конструкторска гледна точка една памет има две части:

запомнящо устройство (ЗУ) – организация на операциите по достъп, запис и четене в зависимост от метода на достъп до данните; носител на информацията (НИ) – среда от определен физически тип за съхраняване на информацията

Основни характеристики на паметите

За оценка на производителността се използват 3 параметъра (индекси):

време за достъп (access time - tд) – времето за достъп на механизма за четене/запис до необходимата позиция (адрес) от НИ; цикъл на паметта (memory cycle time - tц = tд + tз/ч) – времето за цялостно извършване на операция с дадена памет и характеризира интервала между два последователни сеанса; в този смисъл tц включва, освен двете основни времена tд и tз/ч, и времена за допълнителни операции за подготовка на устройството за следващо действие; скорост на предаване (transfer rate) – определя интензивността на информационния поток между паметта и устройствата ползващи информация в нея.

Методите за достъп биват:

произволен достъп tд = const (полупроводникови, регистрови, кеш)

последователен достъп

tд = f(L) (памети с лентов носител)

цикличен достъп

асоциативен достъп - изпълнява се паралелно сравнение на едноименните битове (или полета) от запомнящата среда с т.нар. асоциативен признак и при съвпадение се извлича съответната информация (кеш памет, асоциативна памет).

пряк достъп по указател - при т.нар. стекова памет адресирането е чрез автоматична промяна на съдържанието на регистър (указател на стека), показващ думата на върха на стека.

Видове памети

по метод на достъп

по тип на носителя на информация (технология): полупроводникови; магнитни; оптични

по място в йерархията

а) първична памет: свръхоперативни (бързи) памети; буферни памети; полупроводникови памети; б) вторична памет (външни памети): флаш-базирани преместваеми запомнящи карти; памети с магнитен диск (твърд диск, флопи диск, дисков пакет); памети с оптичен диск (CD, DVD); памети с магнитна лента.

Организация на първичната памет:

Регистрова памет – най-бързата памет, но и с най-малък капацитет. Изгражда се от регистри и има за цел да поддържа необходимото бързодействие за процесора при обработка на данни. Достъпът до тези регистри обикновено се нарича „регистрова адресация“ .

Свръхоперативна памет – следващо ниво, също с високо бързодействие, като най-често това са памети за поддържане непосредствената работа на процесора. Основен представител в групата е кеш-паметта.

Буферни памети – използвани за буфериране на данни при организация на компютърните изчисления, като целта е да се избегне сравнително бавния адресен достъп до информацията (асоциативна памет, стекова памет).

Полупроводникови памети – изграждат основния състав на първичната памет (орперативна и постоянна) за съхраняване на програми и данни, необходими при организация на компютърната обработка.

Структурна организация на полупроводникови памети

Основен елемент на полупроводниково ЗУ е запомнящият елемент (ЗЕ) с 2 устойчиви състояния за двоичен код на „1“ и на „0“. Паметта се изгражда чрез конфигуриране на микросхеми, съдържащи определен брой ЗЕ (капацитет на схемата). Два основни типа: ROM (Read Only Memory): Постоянна памет за съхраняване на управляващи микропрограми, системни програми, таблици на функции и др. При универсалните компютри тази памет заема място в адресно пространство на основната памет без зареждане от външна памет.

​

PROM (Programmable ROM): Записът на информацията е „извън“ фабричното конструиране на схемата и може да се изпълни чрез специално оборудване при създаване на компютъра (за специализирани изчисления). EPROM (Erasable Programmable ROM): Възможно е четене и запис, но преди „запис“ е необходимо привеждане на клетките в състояние „0“ (изтриване), изпълнявано по оптичен път с ултравиолетово излъчване. EPROM са по -скъпи от PROM, но позволяват модификация на съхраняваната информация. EEPROM (Electrically Erasable Programmable ROM): Пре - програмеране без необходимост от предварително „изтриване“ съдържанието на схемата – изтриването е на ниво адресирана клетка (байт). С най

Странична и сегментна организация на паметта

Най -простата схема за разпределяне на ОП е разделянето й на секции с фиксирана дължина – фрагментация на адресното пространство, която може да бъде: Основен недостатък е възможност за неефективно използване на памет при незапълване на предоставена секция. Решението е разделяне на секции с променлива дължина като при всяко стартиране на процес в паметта отново му се отделя необходи обем памет. За да се осигури съответствие се въвеждат две нива – логически и физически адреси.

Сегментно-странична организация на паметта Съчетаване на двата метода за организация на адресното пространство, като отделните сегменти са разделени на една или няколко страници с фиксиран размер. Понеже размерът на страниците не е голям, неизползвана памет може да остане в последната страница от сегмент. Адресното пространство се разбива на нива – адресиране на сегмент (S), адресиране на страница в сегмент (P), адресиране на байт в страница (D), като адресната структура е следната: