Взаимодействие смежных уровней иерархической организации памяти ЭВМ

ЭВМ, реализованная по классической фон-неймановской архитектуре, включает в себя:

• процессор, содержащий арифметико-логическое устройство (АЛУ) и центральное устройство управления (ЦУУ);

• память, которая в современных ЭВМ подразделяется на оперативную (ОП или ОЗУ) и сверхоперативную (СОЗУ);

• внешние устройства, к которым относят внешнюю память (ВЗУ) и устройства ввода/вывода (УВВ).

Известно, что память ЭВМ предназначена для хранения программ и данных, причем эффективность работы ЭВМ во многом определяется характеристиками ее памяти. Во все времена к памяти предъявлялись три основных требования: большой объем, высокое быстродействие и низкая (умеренная) стоимость.

Все перечисленные выше требования к памяти являются взаимно-противоречивыми, поэтому пока невозможно реализовать один тип ЗУ, отвечающий всем названным требованиям. В современных ЭВМ организуют комплекс разнотипных ЗУ, взаимодействующих между собой и обеспечивающих приемлемые характеристики памяти ЭВМ для каждого конкретного применения. В основе большинства ЭВМ лежит трехуровневая организация памяти: сверхоперативная (СОЗУ) — оперативная (ОЗУ) — внешняя (ВЗУ). СОЗУ и ОЗУ могут непосредственно взаимодействовать с процессором, ВЗУ взаимодействует только с ОЗУ.

Обоснование принципа локальности при работе СОЗУ.

Применение СОЗУв иерархической памяти ЭВМможет обеспечить повышение производительности ЭВМ за счет снижения среднего времени обращения к памяти Т при условии, что время цикла СОЗУТс будет (значительно) меньше времени цикла ОЗУТ~. Очевидно:

где р_c — вероятности обращения к СОЗУ.Обозначим так же: р_o — вероятности обращения к ОЗУ.

Из рис. следует, что повышение производительности ЭВМ может осуществляться двумя путями:

уменьшением отношения —

увеличением вероятности р_c обращения в СОЗУ.

Первый путь связан, прежде всего, с технологическими особенностями производства БИС и здесь не рассматривается.

Если считать, что информация размещается в СОЗУ и ОЗУслучайным образом, то вероятности р_c и р_o пропорциональны объемам соответствующих ЗУ. В этом случае р_c < р_o и наличие в ЭВМ СОЗУпрактически не влияет на ее производительность.

Стратегии замещения страниц при работе СОЗУ.

Преимущества от появления виртуальной памяти.

Виртуа́льная па́мять (англ. Virtual memory) — технология управления памятью ЭВМ, разработанная для многозадачных операционных систем. При использовании данной технологии для каждой программы используются независимые схемы адресации памяти, отображающиеся тем или иным способом на физические адреса в памяти ЭВМ. Позволяет увеличить эффективность использования памяти несколькими одновременно работающими программами, организовав множество независимых адресных пространств (англ.), и обеспечить защиту памяти между различными приложениями. Также позволяет программисту использовать больше памяти, чем установлено в компьютере, за счет откачки неиспользуемых страниц на вторичное хранилище (см. Подкачка страниц).

При использовании виртуальной памяти упрощается программирование, так как программисту больше не нужно учитывать ограниченность памяти, или согласовывать использование памяти с другими приложениями. Для программы выглядит доступным и непрерывным все допустимое адресное пространство, вне зависимости от наличия в ЭВМ соответствующего объёма ОЗУ.

Применение механизма виртуальной памяти позволяет:

· упростить адресацию памяти клиентским программным обеспечением;

· рационально управлять оперативной памятью компьютера (хранить в ней только активно используемые области памяти);

· изолировать процессы друг от друга (процесс полагает, что монопольно владеет всей памятью).