Иерархическая структура памяти.

Память часто называют «узким местом» фон-неймановских ВМ из-за её серьёзного отставания по быстродействию от процессоров. Производительность процессоров возрастает вдвое примерно каждые 1,5 года, для микросхем памяти прирост быстродействия не превышает 9% в год (удвоение за 10 лет), т.е. увеличение разрыва в быстродействии между процессором и памятью примерно на 50% в год.

		Рис.4.1 Иерархия запоминающих устройств

При создании системы памяти постоянно приходится решать задачу обеспечения требуемой ёмкости и высокого быстродействия за приемлемую цену. Наиболее распространенным подходом является иерархический принцип.

Иерархическая структура памяти является традиционным решением проблемы хранения большого количества данных. Иерархическая память состоит из ЗУ различных типов (рис. 4.1). Уровни иерархии взаимосвязаны: все данные на одном уровне могут быть найдены на более низком уровне, и все данные на этом более низком уровне могут быть найдены на следующем нижележащим уровне и т.д. Четыре верхних уровня иерархии образуют внутреннюю память ВМ, а все нижние уровни – это внешняя или вторичная память. По мере движения вниз по иерархической структуре:

1. уменьшается соотношение «стоимость/бит»;

2. возрастает ёмкость;

3. растёт время доступа (меньшее быстродействие);

4. уменьшается частота обращения к памяти со стороны центрального процессора;

5. увеличивается надежностью хранения информации.

В основе большинства ВМ лежит трехуровневая организация памяти: сверхоперативная (СОЗУ), оперативная (ОЗУ), внешняя (ВЗУ). СОЗУ и ОЗУ могут непосредственно взаимодействовать с процессором, ВЗУ взаимодействует только с ОЗУ.

СОЗУ обладает максимальным быстродействием (равным процессорному), небольшим объемом (10¹ - 10⁵ байтов) и, как правило, располагается на одном кристалле с процессором. В СОЗУ размещаются наиболее часто используемые на данном участке программы данные (указатели адресов, промежуточные результаты вычислений), иногда – фрагменты программы.

		Рис.4.2. Взаимодействие ЗУ различных уровней в составе ВМ

Быстродействие ОЗУ может быть ниже процессорного (не более чем на порядок), объем - 10⁶ – 10⁹ байтов. В ОЗУ располагаются выполняемые программы и их данные. Связь между процессором и ОЗУ осуществляется по системной шине.

Информация, находящаяся в ВЗУ не может быть непосредственно использована процессором. Для использования программ и данных, расположенных в ВЗУ, их необходимо предварительно переписать в ОЗУ. Процесс обмена информацией между ВЗУ и ОЗУ осуществляется средствами специального канала, реже под управлением процессора. Объем ВЗУ практически неограничен, а быстродействие на 3- 6 порядков ниже процессорного.

Схематически взаимодействие между процессором и уровнями памяти представлено на рис. 4.2. Положение ЗУ в иерархии памяти ВМ определяется возможностью доступа процессора к данным, расположенным в ЗУ.

При организации памяти современных ВМ особое внимание уделяется сверхоперативной памяти и принципам обмена информацией между ОЗУ и ВЗУ.

4.2 Основная память.