Характеристики систем памяти

Перечень основных характеристик, которые необходимо учитывать, рассматривая конкретный вид ЗУ, включает в себя:

1. месторасположения;

2. емкость;

3. единицу пересылки;

4. метод доступа;

5. быстродействие;

6. физический тип;

7. физические особенности;

8. стоимость.

1. По месту расположения ЗУ разделяют на процессорные, внутренние и внешние.

Процессорные. Наиболее скоростные виды памяти (регистры, кэш-память первого уровня) обычно размещают на общем кристалле с центральным процессором, а регистры общего назначения вообще считаются частью ЦП.

Внутренние. Вторую группу (внутреннюю память) образуют ЗУ, расположенные на системной плате. К внутренней памяти относят основную память, а также кэш-память второго и последующих уровней (кэш-память второго уровня может также размещаться на кристалле процессора).

Внешние. Медленные ЗУ большой емкости (магнитные и оптические диски, магнитные ленты) называют внешней памятью, поскольку к ядру ВМ они подключаются аналогично устройствам ввода/вывода.

2. Емкость ЗУ характеризуют числом битов либо байтов, которое может храниться в запоминающем устройстве. На практике применяются более крупные единицы, а для их обозначения к словам «бит» или «байт» добавляют приставки: кило, мега, гига, тера, пета, экза (kilo, mega, giga, tera, peta, exa). Стандартно эти приставки означают умножение основной единицы измерений на 10³, 10⁶, 10⁹, 10¹², 10¹⁵ и 10¹⁸ соответственно. В вычислительной технике, ориентированной на двоичную систему счисления, они соответствуют значениям достаточно близким к стандартным, но представляющим собой целую степень числа 2, то есть 2¹⁰, 2²⁰, 2³⁰, 2⁴⁰ , 2⁶⁰. Во избежание разночтений, в последнее время ведущие международные организации по стандартизации, например IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers), предлагают ввести новые обозначения, добавив к основной приставу слово binary (бинарный): kilobinary, megabinary, gigabinary, terabinary, petabinaryi exabinary. В результате вместо термина «килобайт» предлагается термин «кибибайт», вместо «мегабайт» — «мебибайт» и т. д. Для обозначения новых единиц предлагаются сокращения: Ki, Mi, Gi,Ti, Pin, Ei [133].

3. Единица пересылки. Важной характеристикой ЗУ является единица пересылки; Для основной памяти (ОП) единица пересылки определяется шириной шины данных, то есть количеством битов, передаваемых по линиям шины параллельно. Обычно единица пересылки равна длине слова, но не обязательно. Применительно к внешней памяти, данные часто передаются единицами, превышающими размер слова, и такие единицы называются блоками.

4. Метод доступа к данным. При оценке быстродействия необходимо учитывать применяемый в данном типе ЗУ метод доступа к данным. Различают четыре основных метода доступа:

- Последовательный доступ. ЗУ с последовательным доступом ориентировано на хранение информации в виде последовательности блоков данных, называемых записями. Для доступа к нужному элементу (слову или байту) необходимо прочитать все предшествующие ему данные. Время доступа зависит от положения требуемой записи в последовательности записей на носителе ин формации и позиции элемента внутри данной записи. Примером может служить ЗУ на магнитной ленте.

- Прямой доступ. Каждая запись имеет уникальный адрес, отражающий ее физическое размещение на носителе информации. Обращение осуществляется как адресный доступ к началу записи, с последующим последовательным доступом к определенной единице информации внутри записи. В результате время доступа к определенной позиции является величиной переменной. Такой режим характерен для магнитных дисков.

- Произвольный доступ. Каждая ячейка памяти имеет уникальный физический адрес. Обращение к любой ячейке занимает одно и то же время и может производиться в произвольной очередности. Примером могут служить запоминающие устройства основной памяти.

- Ассоциативный доступ. Этот вид доступа позволяет выполнять поиск ячеек, содержащих такую информацию, в которой значение отдельных битов совпадает с состоянием одноименных битов в заданном образце. Сравнение осуществляется параллельно для всех ячеек памяти, независимо от ее емкости. По ассоциативному принципу построены некоторые блоки кэш-памяти.

5. Быстродействие ЗУ является одним из важнейших его показателей. Для количественной оценки быстродействия обычно используют три параметра:

5.1. Время доступа (Тд). Для памяти с произвольным доступом оно соответствует интервалу времени от момента поступления адреса до момента, когда данные заносятся в память или становятся доступными. В ЗУ с подвижным носителем информации — это время, затрачиваемое на установку головки записи/считывания (или носителя) в нужную позицию.

5.2. Длительность цикла памяти или период обращения (Тц). Понятие применяется к памяти с произвольным доступом, для которой оно означает минимальное время между двумя последовательными обращениями к памяти. Период обращения включает в себя время доступа плюс некоторое дополнительное время. Дополнительное время может требоваться для затухания сигналов на линиях, а в некоторых типах ЗУ, где считывание информации приводит к ее разрушению, — для восстановления считанной информации.

5.3. Скорость передачи. Это скорость, с которой данные могут передаваться в па мять или из нее. Для памяти с произвольным доступом она равна 1/Тц. Для других видов памяти скорость передачи определяется соотношением: , где T_N — среднее время считывания или записи N битов; Т_А — среднее время доступа; R — скорость пересылки в битах в секунду.

6. Говоря о физическом типе запоминающего устройства, необходимо упомянуть три наиболее распространенных технологии ЗУ:

6.1. полупроводниковая память,

6.2. память с магнитным носителем информации, используемая в магнитных дисках и лентах,

6.3. память с оптическим носителем — оптические диски.

В зависимости от примененной технологии следует учитывать и ряд физических особенностей ЗУ, например энергозависимость. В энергозависимой памяти информация может быть искажена или потеряна при отключении источника питания. В энергонезависимых ЗУ записанная информация сохраняется и при отключении питающего напряжения. Магнитная и оптическая память — энергонезависимы. Полупроводниковая память может быть как энергозависимой, так и нет, в зависимости от ее типа. Помимо энергозависимости нужно учитывать, приводит ли считывание информации к ее разрушению.

7. Стоимость ЗУ принято оценивать отношением общей стоимости ЗУ к его емкости в битах, то есть стоимостью хранения одного бита информации.