классификация устройств памятти. тарасов ВА. Классификация запоминающих устройств
 Скачать 72.9 Kb.
|
|
Классификация запоминающих устройств Хранение является одной из основных операций, осуществляемых над информацией, с целью обеспечения её доступности в течение некоторого промежутка времени. Под хранением информации понимают её запись в запоминающее устройство (ЗУ) для последующего использования. Запоминающее устройство (память) – устройство, способное принимать данные и сохранять их для последующего считывания. В компьютерных системах обработки информации выделяют следующие основные типы памяти: регистровая память; основная память; кэш-память; внешняя память. Кроме того, в ЭВМ могут присутствовать различные специализированные виды памяти, характерные для тех или иных устройств вычислительной системы, например видеопамять. Регистровая память, имеющаяся в составе процессора или других устройств ЭВМ, предназначена для кратковременного хранения небольшого объёма информации, непосредственно участвующей в вычислениях или операциях обмена (ввода-вывода). 2) Основная память предназначена для оперативного хранения и обмена данными, непосредственно участвующими в процессе обработки. Конструктивно она исполняется в виде интегральных схем (ИС) и подразделяется на два вида: а) постоянное запоминающее устройство (ПЗУ); б) оперативное запоминающее устройство (ОЗУ). 3) Кэш-память служит для хранения копий информации, используемой в текущих операциях обмена. Это очень быстрое ЗУ небольшого объёма, являющееся буфером между устройствами с различным быстродействием. Обычно используется при обмене данными между микропроцессором и оперативной памятью для компенсации разницы в скорости обработки информации процессором и несколько менее быстродействующей оперативной памятью. Кэш-памятью управляет специальное устройство – контроллер, который, анализируя выполняемую программу, пытается предвидеть, какие данные и команды вероятнее всего понадобятся в ближайшее время процессору, и подкачивает их в кэш-память. При этом возможны как «попадания», так и «промахи». В случае попадания, т.е. если в кэш подкачаны нужные данные, извлечение их из памяти происходит без задержки. Если же требуемая информация в КЭШе отсутствует, то процессор считывает её непосредственно из оперативной памяти. Соотношение числа “попаданий” и “промахов” определяет эффективность кэширования. 4) Внешняя память используется для долговременного хранения больших объёмов информации. В качестве устройств внешней памяти применяются: накопители на жёстких магнитных дисках (НЖМД); накопители на гибких магнитных дисках (НГМД); накопители на оптических дисках; магнитооптические носители информации; ленточные накопители (стримеры). В отличие от элементов оперативной памяти с временем доступа к информации в пределах наносекунд (10-9 с), время доступа к информации для этих запоминающих устройств находится в области миллисекунд (10-3 с). МП не имеет непосредственного доступа к данным, находящимся во внешней памяти. Для обработки этих данных процессором они должны быть загружены в оперативную память (считаны в ОЗУ с внешнего носителя данных). Классификация запоминающих устройств. Основным классификационным признаком ЗУ является способ доступа к данным. По этому признаку все ЗУ делятся на: ЗУ с прямым доступом (адресные). ЗУ с последовательным доступом (последовательные). 1)Прямой доступ реализует возможность непосредственного обращения к элементам памяти, содержащим искомую информацию или предназначенным для записи новой информации по адресу этих элементов памяти. 2)Последовательный доступ реализует последовательное считывание информации из ЗУ в порядке записи или в обратном порядке. Выделяют также 3)ассоциативный доступ, реализующий поиск информации по некоторому признаку, а не по её расположению в памяти (адресу – прямой доступ или месту в очереди – последовательный доступ). В этом случае все хранимые в памяти слова одновременно проверяются на соответствие признаку, например на совпадение определённых полей слов (тегов – от англ. tag) с признаком, задаваемым входным словом (теговым адресом). На выход выдаются слова, удовлетворяющие признаку. Дисциплина выдачи слов, если тегу удовлетворяет несколько слов, а также дисциплина записи новых данных могут быть разными. Наиболее часто ассоциативная память в современных ЭВМ используется при кэшировании данных. К запоминающим устройствам с прямым доступом относятся полупроводниковые ОЗУ и ПЗУ, а также дисковые ЗУ. Оперативные запоминающие устройства (ОЗУ, или RAM, Random Access Memory – память с произвольным доступом) предназначены для хранения переменной информации: программ и чисел, необходимых для текущих вычислений. По способу хранения информации ОЗУ разделяют на статические (SRAM – Static RAM) и динамические (DRAM – Dynamic RAM). В первом случае запоминающими элементами являются триггеры, сохраняющие своё состояние, пока схема находится под питанием и нет новой записи данных. Во втором – данные хранятся в виде зарядов конденсаторов, образуемых элементами МОП-структур. Саморазряд конденсаторов ведёт к разрушению данных, поэтому они должны периодически (каждые несколько миллисекунд) регенерироваться(Refresh –генерация памяти). Постоянные запоминающие устройства (ПЗУ, или ROM, Read Only Memory – память только для чтения) – энергонезависимая память, используемая для хранения неизменяемых данных: подпрограмм, микропрограмм, констант и т.п. Такие ЗУ работают только в режиме многократного считывания. Постоянные запоминающие устройства можно разделить по способу их программирования на следующие категории: масочные ПЗУ, т.е. программируемые при изготовлении. Данная разновидность ПЗУ программируется однократно и не допускает последующего изменения информации; программируемые постоянные запоминающие устройства (ППЗУ, или PROM – Programmable ROM) – постоянные запоминающие устройства с возможностью однократного электрического перепрограммирования; они отличаются от масочных ПЗУ тем, что позволяют в процессе применения микросхемы однократно изменить состояние запоминающей матрицы электрическим путём по заданной программе; репрограммируемые (перепрограммируемые) постоянные запоминающие устройства (РПЗУ) – постоянные запоминающие устройства с возможностью многократного электрического перепрограммирования. Стирание хранящейся в РПЗУ старой информации перед процедурой записи новой можно осуществлять по-разному. Это делают либо с помощью электрических сигналов, снимающих заряд, накопленный под затвором (РПЗУ-ЭС – РПЗУ с электрическим стиранием, EEPROM – electrically erasable PROM), либо с помощью ультрафиолетового излучения (РПЗУ-УФ – РПЗУ с УФ-стиранием, EEPROM – electrically PROM). В последующем случае для этих целей в корпусе микросхемы предусматривают окно из кварцевого стекла. К памяти типа EPROM относится и Flash-память. Она подобна ей по запоминающему элементу, но имеет структурные и технологические особенности, позволяющие выделить её в отдельный вид.  Дисковые ЗУ, или накопители, представляют собой совокупность носителя и соответствующего привода и предназначены для записи, считывания и постоянного (длительного) хранения информации. Дисковые накопители являются энергонезависимыми ЗУ. В зависимости от типа носителя и принципов записи информации дисковые накопители подразделяются на магнитные, оптические и магнитооптические ЗУ.Основными представителями ЗУ с последовательным доступом являлись накопители на магнитных лентах, а также полупроводниковая память с дисциплиной «Первый пришёл – первый вышел» (буфер FIFO – Fist In – Fist Out), стековые ЗУ, реализующие дисциплину «Последний пришёл – первый вышел» (буфер LIFO – Last In – First Out), файловые и циклические ЗУ. Разница между памятью FIFO и файловым ЗУ состоит в том, что в FIFO запись в пустой буфер сразу же становится доступной для чтения, т.е. поступает в конец цепочки. В файловых ЗУ данные поступают в начало цепочки и появляются на выходе после некоторого числа обращений, равного числу элементов в цепочке. При независимости операций считывания и записи фактическое расположение данных в ЗУ на момент считывания не связано с каким-либо внешним признаком. Поэтому записываемые данные объединяют в блоки, обрамляемые специальными символами конца и начала (файлы). Приём данных из файлового ЗУ начинается после обнаружения приёмником символа начала блока. В циклических ЗУ слова доступны одно за другим с постоянным периодом, определяемым ёмкостью памяти. К такому типу среди полупроводниковых ЗУ относится видеопамять (VRAM). В ленточных магнитных накопителях данные, содержащиеся в произвольном участке ленты, могут быть считаны только после её перемотки к этому участку. |