Принципы построения устройств памяти

Адресная структура памяти

Оперативная память ЭВМ является адресной. Это значит, что каждая хранимая в ОЗУ единица информации (байт или слово) ставится в соответствии со специальным числом, называемым адресом, которое определяет месторасположение этой информации в памяти. Минимальной, адресуемой в памяти единицей информации является байт, т.е. восьмиразрядный код. Более крупные единицы информации (полуслово, слово, двойное слово) образуются из целого числа байт.

В мини - и микро - ЭВМ нумерация бит и байт в слове производится справа налево. В машинах общего назначения нумерация бит и байт в слове производится слева направо. Адресом слова является адрес его байта с наименьшим номером.

В ЭВМ используется несколько типов запоминающих устройств, отличающихся принципом действия, характеристиками и назначением.

Основными операциями в памяти являются запись и чтение. Обе эти операции называются «обращение к памяти». Важнейшими характеристиками ЗУ являются их емкость и быстродействие. Емкость памяти определяется максимальным количеством данных, которые в ней могут храниться. Быстродействие памяти определяется продолжительностью операции обращения, т.е. временем, затрачиваемым на поиск нужной единицы информации и ее чтение. В зависимости от реализуемых в памяти операций обращения различают:

А) память с произвольным обращением (RAM – Random Access Memory);

Б) память только для чтения информации (ROM – Read Only Memory), такая память носит название односторонней или постоянной.

По способу организации доступа различают ЗУ:

1) с непосредственным (произвольным) доступом;

2) с прямым (циклическим) доступом;

3) с последовательным доступом.

В памяти с непосредственным доступом время доступа не зависит от месторасположения информации. В таких ЗУ цикл обращения обычно составляет несколько наносекунд (1нс = 10^-9 с).Число разрядов, читаемых или записываемых в память за одну операцию обращения, называется шириной выборки (1,2,3…байта). Типичный пример такой памяти – это адресное оперативное ЗУ.

В устройствах памяти с прямым доступом, благодаря непрерывному вращению носителя информации, возможность обращения к некоторому участку носителя циклически повторяется. Пример такой памяти – это память на различных дисках.

В памяти с последовательным доступом производится последовательный просмотр участков носителей. Обычно это магнитная лента. ЗУ, использующие запись на магнитную ленту, называются стриммерами.

Обычно память организуется в виде иерархической структуры ЗУ, обладающих различным быстродействием и емкостью.

В ЭВМ используется сверхоперативная память, которая располагается в процессоре, оперативная память (ОЗУ), память с прямым доступом на дисках, память с последовательным доступом на лентах.

Порядок перечисленных устройств соответствует убыванию их быстродействия и возрастания емкости. Иерархическая структура памяти позволяет экономически эффективно сочетать хранение больших объемов информации с быстрым доступом в процессе ее обработки.

Оперативной или основной памятью называется ЗУ, которая служит для хранения информации, непосредственно используемой в процессе выполнения программ в Процессоре. Процессор может выполнить только те программы, которые находятся в ОЗУ. Если быстродействие ОЗУ оказывается недостаточным, то в состав ЭВМ включают Сверхоперативную память (КЭШ). Быстродействие такой памяти обычно соответствует скорости работы самого Процессора.

Если емкость ОЗУ оказывается недостаточной, то в ЭВМ включают несколько ЗУ с прямым доступом на дисках или с последовательным доступом на лентах. Оперативная и Сверхоперативная память образуют внутреннюю память ЭВМ. Память на дисках и лентах – это внешняя память. Внешние ЗУ подключаются к Процессору и ОЗУ через специальное устройство – контроллер.