Характеристики систем иерархической памяти

Характеристики иерархической системы памяти, можно разделить на две группы: внутренние и внешние. Эффективное быстродействие буфера и эффективная стоимость представляют собой внутренние характеристики. Внешними характеристиками, являются: вероятность удачного обращения, размещение буфера, емкость буфера, размер блока, алгоритмы управления, отображение адресов, отношение значений времени обращения для чтения и записи, алгоритмы записи, число модулей основной памяти и последовательность обращения к ним, эффективная задержка или время ожидания для одного модуля, эффективная средняя задержка или время ожидания для нескольких модулей.

Внешние характеристики устанавливаются опытным путем или моделированием и используются при проектировании в качестве исходных данных.

22. Организация основной памяти и операции.

Основная память представляет собой следующий уровень иерархии памяти. Основная память удовлетворяет запросы кэш-памяти и служит в качестве интерфейса ввода/вывода, поскольку является местом назначения для ввода и источником для вывода. Для оценки производительности основной памяти используются два основных параметра: задержка и полоса пропускания. Традиционно задержка основной памяти имеет отношение к кэш-памяти, а полоса пропускания или пропускная способность относится к вводу/выводу. В связи с ростом популярности кэш-памяти второго уровня и увеличением размеров блоков у такой кэш-памяти, полоса пропускания основной памяти становится важной также и для кэш-памяти.

Задержка памяти традиционно оценивается двумя параметрами: временем доступа (access time) и длительностью цикла памяти (cycle time). Время доступа представляет собой промежуток времени между выдачей запроса на чтение и моментом поступления запрошенного слова из памяти. Длительность цикла памяти определяется минимальным временем между двумя последовательными обращениями к памяти.

Основная память современных компьютеров реализуется на микросхемах статических и динамических ЗУПВ (Запоминающее Устройство с Произвольной Выборкой). Микросхемы статических ЗУВП (СЗУПВ) имеют меньшее время доступа и не требуют циклов регенерации. Микросхемы динамических ЗУПВ (ДЗУПВ) характеризуются большей емкостью и меньшей стоимостью, но требуют схем регенерации и имеют значительно большее время доступа.

В процессе развития ДЗУВП с ростом их емкости основным вопросом стоимости таких микросхем был вопрос о количестве адресных линий и стоимости соответствующего корпуса. В те годы было принято решение о необходимости мультиплексирования адресных линий, позволившее сократить наполовину количество контактов корпуса, необходимых для передачи адреса. Поэтому обращение к ДЗУВП обычно происходит в два этапа: первый этап начинается с выдачи сигнала RAS - row-access strobe (строб адреса строки), который фиксирует в микросхеме поступивший адрес строки, второй этап включает переключение адреса для указания адреса столбца и подачу сигнала CAS - column-access stobe (строб адреса столбца), который фиксирует этот адрес и разрешает работу выходных буферов микросхемы. Названия этих сигналов связаны с внутренней организацией микросхемы, которая как правило представляет собой прямоугольную матрицу, к элементам которой можно адресоваться с помощью указания адреса строки и адреса столбца.

Дополнительным требованием организации ДЗУВП является необходимость периодической регенерации ее состояния. При этом все биты в строке могут регенерироваться одновременно, например, путем чтения этой строки. Поэтому ко всем строкам всех микросхем ДЗУПВ основной памяти компьютера должны производиться периодические обращения в пределах определенного временного интервала порядка 8 миллисекунд.

Это требование кроме всего прочего означает, что система основной памяти компьютера оказывается иногда недоступной процессору, так как она вынуждена рассылать сигналы регенерации каждой микросхеме. Разработчики ДЗУПВ стараются поддерживать время, затрачиваемое на регенерацию, на уровне менее 5% общего времени. Обычно контроллеры памяти включают в свой состав аппаратуру для периодической регенерации ДЗУПВ.

В отличие от динамических, статические ЗУПВ не требуют регенерации и время доступа к ним совпадает с длительностью цикла. Для микросхем, использующих примерно одну и ту же технологию, емкость ДЗУВП по грубым оценкам в 4 - 8 раз превышает емкость СЗУПВ, но последние имеют в 8 - 16 раз меньшую длительность цикла и большую стоимость. По этим причинам в основной памяти практически любого компьютера, проданного после 1975 года, использовались полупроводниковые микросхемы ДЗУПВ (для построения кэш-памяти при этом применялись СЗУПВ). Естественно были и исключения, например, в оперативной памяти суперкомпьютеров компании Cray Research использовались микросхемы СЗУПВ. Основными методами увеличения полосы пропускания памяти являются: увеличение разрядности или "ширины" памяти, использование расслоения памяти, использование независимых банков памяти, обеспечение режима бесконфликтного обращения к банкам памяти, использование специальных режимов работы динамических микросхем памяти.

Виртуальная память.

В случае нехватки памяти оперативного запоминающего устройства (ОЗУ), необходимой для запуска или работы приложения, Windows использует виртуальную память, чтобы восполнить нехватку.

Виртуальная память — сочетание памяти ОЗУ и временного хранилища на жестком диске. Когда памяти ОЗУ недостаточно, данные из оперативной памяти помещаются в хранилище под названием файл подкачки. Перемещение данных в файл подкачки и из него освобождает достаточно оперативной памяти для выполнения операции.

Как правило, чем больше объем установленного в компьютере ОЗУ, тем быстрее работают программы. Если нехватка оперативной памяти замедляет работу компьютера, то для ее восполнения можно увеличить размер виртуальной памяти. При этом необходимо учитывать, что чтение данных из ОЗУ выполняется значительно быстрее, чем с жесткого диска, поэтому в качестве решения больше подойдет добавление ОЗУ.

В случае появления сообщений об ошибках, вызванных нехваткой виртуальной памяти, необходимо либо добавить оперативной памяти, либо увеличить размер файла подкачки для обеспечения работы приложений. Windows, как правило, автоматически контролирует размер файла подкачки, но если размер по умолчанию не достаточен для удовлетворения потребностей пользователя, то его можно изменить вручную.

Пользователи возлагают большие требования об их компьютеров и вычислительных устройств, сегодня более чем когда-либо прежде. Масштабы и сложность современных сложных компьютерных приложений огромного количества информации, которая хранится, совместный доступ, и используется в день, что требует большого объема памяти компьютера остаются доступными поэтому могут получить доступ к компьютеру и представить данные в эффективным образом.

Виртуальная память представляет собой весьма остроумный метод использования компьютера фактической памяти и манипуляции, используя сочетание операционной системы и памяти аппаратных возможностей. Данные могут быть временно храниться и подали для быстрого доступа с операционной системой, действующей в качестве факторов, определяющих, что позволяет гладко действующих мощностей.

Виртуальная память, как правило, выполнены с помощью метода призвал подкачки. Пейджинг это упрощенный термин, который относится к тому, каким образом компьютер выбирает для хранения информации по различным критериям.

Виртуальная память имеет важное значение для современных компьютеров, поскольку она позволяет для большого расширения компьютера иначе ограничивающих возможности. Multi-задач, что процесс запуска нескольких приложений и программ одновременно на одном компьютере, в значительной мере опирается на виртуальной памяти для плавного и без ошибок операции.

Виртуальная память в качестве дополнения к компьютерам RAM (оперативной памяти), в том, что он хранит данные и служит скорее для удовлетворения неотложных потребностей программы или приложения. Диск памяти, как, например, компьютер на жестком диске, может быть гораздо больше, но гораздо медленнее, на время призвал к действию.