Основные характеристики запоминающих устройств

Принципы организации
памяти ЭВМ
Системы памяти ЭВМ –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.
Место памяти в архитектуре
компьютера
Основные параметры, по которым
производится наиболее общая оценка
ЗУ:
• информационная емкость (E);
• время обращения (T);
• стоимость (C).
Основные характеристики
запоминающих устройств
Количество информации, которое может
храниться в запоминающем устройстве,
измеряемое в байтах, килобайтах,
мегабайтах или гигабайтах.
Информационная емкость
Время обращения
Время обращения
Определения дорогие и дешевые понимаются не в
абсолютном, а в относительном измерении, исходя из
стоимости хранения единицы информации (удельной
стоимости) в ЗУ
Носитель
Магнитная лента LTO-5
Магнитная лента IBM 3592
CD-R
DVD-R
Blu-ray
HDD
SSD
Стоимость
хранения 1 Гб
0,033$
0,06$
0,24$
0,063$
0,08$
0,055$
0,854$
Скорость передачи
данных
180 Мб/с
250 Мб/с
7,62 Мб/с
31,7 Мб/c
54 Мб/c
200 Мб/c
1000 Мб/c
Стоимость
Классификация запоминающих устройств и
систем памяти позволяет выделить общие и
характерные особенности их организации,
систематизировать базовые принципы и
методы, положенные в основу их реализации и
использования.
Особенности построения систем памяти могут
затрагивать
их
структуру,
принципы
функционирования,
логического
взаимодействия и другие аспекты.
Классификация
запоминающих устройств
• Одноуровневые
• Многоуровневые
• с
одним
или
несколькими
исполнительными уровнями
По количеству уровней
•
•
•
•
Централизованные
Линейные
Смешанные
Со структурой полного графа
Характер связей между
уровнями
• без разделения поля памяти на блоки;
• со
страничной
памятью,
адресное
пространство которых разделено на участки
одинакового размера, называемые страницами;
• с сегментированием памяти, в которых память
разделяется на сегменты, размер которых жестко
не задается;
• с
двухуровневым
(странично-сегментным)
разделением поля памяти.
Тип разбиения адресного
пространства памяти
СП
однопроцессорных
многопроцессорных ЭВМ и систем
и
Количество обслуживаемых
системой памяти процессоров
Системы с обслуживанием обращений в
порядке
поступления
и
с
диспетчеризацией обращений
Порядок обслуживания
обращений к ЗУ нижних уровней
Пример классификации
запоминающих устройств
Возможный состав системы
памяти ЭВМ
Общим решением, используемым для
увеличения быстродействия является
многоуровневая организация системы
памяти, на разных уровнях которой
применяются
различные
механизмы
управления.
Архитектурные способы
увеличения быстродействия
памяти
Расслоение памяти
Пакетная обработка
Конвейерная обработка
Расслоение памяти
Кэширование
Принцип работы кэш-памяти
Типы кэш-памяти
1. С прямым отображением — каждая строка
ОЗУ имеет фиксированное место, на которую
она может быть расположена.
2. Полностью ассоциативный — любая строчка
ОЗУ может располагаться в любом месте кешпамяти
3.
Множественно
ассоциативный
(многоканальный) — каждая строка ОЗУ может
находиться по ограниченному количеству мест
в кеш-памяти
• Сквозная запись — при записи информации
в кеш-память происходит одновременное
обновление ячейки с данным адресом ОП
• Обратная запись — ОП обновляется только
при вытеснении информации из кеша
• Обратная запись с предварительным
буферированием — обновление ОЗУ
происходит по мере наполнения некоторого
буфера
Способы обновления ОП
•
•
•
быстрое определение местоположения требуемой
информации в двухуровневом фрагменте (кэш L1–кэш
L2 или кэш L2 – оперативная память) системы памяти;
выбор информации, которую можно удалить из
верхнего уровня при необходимости занесения в него
новой информации и отсутствии в нем свободного
места;
поддержание соответствия между копиями одной и
той же информации, располагающейся в разных
ступенях памяти.
Управление кэш-памятью
должно обеспечить
Кэш прямого отображения
Двухканальный наборноассоциативный кэш
Диспетчеризация
(управление порядком)
обслуживания обращений
Технология
RAID
(Redundant
Array
of
Independent Disks – избыточный массив
независимых дисков) задумывалась как
объединение нескольких недорогих жестких
дисков в один массив дисков для увеличения
производительности, объема и надежности, по
сравнению с одиночным диском.
Организация дисковых
массивов (RAID)
• организация “зеркальных” дисков, т.е. полное
дублирование хранимой информации;
• подсчет контрольных кодов (четность, коды
Хэмминга), позволяющих восстановить информацию
при сбое;
• распределение информации по различным дискам
массива так, как это делается при чередовании
обращений по блокам памяти, что повышает
возможности параллельной работы дисков при
операциях над хранимой информацией.
Механизмы используемые
для создания RAID
Разбиение дисков на
чередующиеся блоки “полоски”
а) RAID 1, б) RAID 3, в) RAID 4, г) RAID 5 (дисководы и блоки, используемые
для хранения кодов четности показаны затененными).
Варианты организации
дисковых массивов RAID