Организация и архитектура памяти ЭВМ

Системы памяти современных ЭВМ представляют собой совокупность аппаратных средств, предназначенных для хранения используемой в ЭВМ информации. К этой информации относятся обрабатываемые данные, прикладные программы, системное программное обеспечение и служебная информация различного назначения. К системе памяти можно отнести и программные средства, организующие управление ее работой в целом, а также драйверы различных видов запоминающих устройств.

Память представляет собой одну из важнейших подсистем ЭВМ, во многом определяющую их производительность. Тем не менее в течение всей истории развития вычислительных машин она традиционно считается их "узким местом".

Ключевым принципом построения памяти ЭВМ является ее иерархическая организация (принцип, сформулированный еще Джоном фон Нейманом), которая предполагает использование в системе памяти компьютера запоминающих устройств (ЗУ) с различными характеристиками. Причем с развитием технологий, появлением новых видов ЗУ и совершенствованием структурной организации ЭВМ количество уровней в иерархии памяти ЭВМ не только не уменьшается, но даже увеличивается. Например, сверхоперативные ЗУ больших ЭВМ 50-60-х годов заменяет двухуровневая кэш-память персональных ЭВМ 90-х годов.

В данной главе проводится классификация ЗУ с точки зрения особенностей их организации и использования. Затем рассматриваются типовые структуры систем памяти ЭВМ, а также основные параметры и критерии оценки запоминающих устройств и систем.

Основные концепции организации памяти ЭВМ:

Вычислительные возможности ЭВМ в основном определяются характеристиками ее памяти, которая, как и архитектура ЭВМ, должна удовлетворять следующим требованиям:

1. Универсальность, т.е. многофункциональное использование всех типов памяти для хранения программ и любых типов данных, а также обеспечение ее технических характеристик в заданных пределах.

2. Общность решаемых задач, т.е. память должна быть ориентирована на решение любого класса задач и обеспечивать максимальную эффективность организации вычислительного процесса.

3. Высокое быстродействие - память должна обеспечивать работу процессора в реальном времени и не снижать характеристики его производительности.

4. Надежность. В связи с ростом емкости памяти ЭВМ доля аппаратурных затрат на ее реализацию неуклонно возрастает, что приводит к увеличению числа сбоев и отказов памяти. Поэтому обеспечение высокой надежности памяти и достоверности результатов особенно возрастает.

5. Низкая стоимость. Так как емкость памяти и быстродействие постоянно возрастают, то и увеличивается и стоимость памяти. Поэтому данная проблема приобретает особую актуальность.

6. Обеспечение совместного использования и доступа к памяти множеством программ или процессоров в мультипрограммных и многопроцессорных комплексах.

7. Дружественность, т.е. ориентированность памяти к классам решаемых задач пользователя с целью обеспечения улучшения технических характеристик системы и использование удобного как программного, так и аппаратного интерфейса.

23.