4.1. Концепция многоуровневой памяти

 

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.

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.

СОЗУ обладает максимальным быстродействием (равным процессорному), небольшим объемом (101-105 байтов) и располагается, как правило, на кристалле процессорной БИС. Для обращения к СОЗУ не требуется магистральные (машинные) циклы. В СОЗУ размещаются наиболее часто используемые на данном участке программы данные, а иногда - и фрагменты программы.

Быстродействие ОЗУ может быть ниже процессорного (не более чем на порядок), а объем состовляет106 – 109 байтов. В ОЗУ располагаются подлежащие выполнению программы и обрабатываемые данные. Связь между процессором и ОЗУ осуществляется по системному или специализированному интерфейсу и требует для своего осуществления машинных циклов.

Информация, находящаяся в ВЗУ, не может быть непосредственно использована процессором. Для использования программ и данных, расположенных в ВЗУ, их необходимо предварительно переписать в ОЗУ. Процесс обмена информацией между ВЗУ и ОЗУ осуществляется средствами специального кА нала или (реже) – непосредственно под управлением процессора. Объем ВЗУ практически неограничен, а быстродействие на 3–6 порядков ниже процессорного.

Схематически взаимодействие между процессором и уровнями памяти представлено на рисунке 4.1

 

Следует помнить, что положение ЗУ в иерархии памяти ЭВМ определяется не элементной базой запоминающих ячеек (известны случаи реализации ВЗУ на БИС – «электронный диск» и, наоборот организация оперативной памяти на электромеханических ЗУ – магнитных барабанах), а возможностью доступа процессора к данным, расположенным в этом ЗУ.

При организации памяти современных ЭВМ (МПС) особое внимание уделяется сверхоперативной памяти и принципам обмена информацией между ОЗУ и ВЗУ.