І. Характеристики систем памяти

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

1. Место расположения. По месту расположения ЗУ разделяют на процессорные, внутренние и внешние. 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. 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). 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. Емкость ЗУ характеризуют числом битов либо байтов, которое может храниться в запоминающем устройстве.

Основной единицей памяти является двоичный разряд, который называется битом. Бит может содержать 0 или 1. Эта самая маленькая единица памяти.

Считается, что некоторые компьютеры, например большие IBM, используют и десятичную, и двоичную арифметику. На самом деле здесь применяется так называемый двоично-десятичный код. Для хранения одного десятичного разряда используется 4 бита. Эти 4 бита дают 16 комбинаций для размещения 10 различных значений (от 0 до 9). При этом 6 оставшихся комбинаций не используются. Ниже показано число 1944 в двоично-десятичной и чисто двоичной системах счисления; в обоих случаях используется 16 битов:

десятичное: 0001 1001 0100 0100 двоичное: 0000011110011000

16 битов в двоично-десятичном формате могут хранить числа от 0 до 9999, то есть всего 10000 различных комбинаций, а 16 битов в двоичном формате — 65536 комби­наций. Именно по этой причине говорят, что двоичная система эффективнее.

Память состоит из ячеек, каждая из которых может хранить некоторую порцию информации. Каждая ячейка имеет номер, который называется адресом. По адре­су программы могут ссылаться на определенную ячейку. Если память содержит n ячеек, они будут иметь адреса от 0 до n-1. Все ячейки памяти содержат одинако­вое число битов. Если ячейка состоит из k битов, она может содержать любую из 2^k комбинаций. Соседние ячейки по определению имеют последовательные адреса.

В компьютерах, где используется двоичная система счисления (включая восьме­ричное и шестнадцатеричное представление двоичных чисел), адреса памяти также выражаются в двоичных числах.

Если адрес состоит из m битов, максималь­ное число адресованных ячеек будет составлять 2^m.

Ячейка — минимальная единица, к которой можно обращаться.

В последние годы практически все производители выпускают компьютеры с 8-битными ячей­ками, которые называются байтами. Байты группируются в слова. Компьютер с 32-битными словами имеет 4 байта на каждое слово, а компьютер с 64-битными словами — 8 байтов на каждое слово. Такая единица, как слово, необходима, по­скольку большинство команд производят операции над целыми словами (напри­мер, складывают два слова). Таким образом, 32-битная машина будет содержать 32-битные регистры и команды для манипуляций с 32-битными словами, тогда как 64-битная машина будет иметь 64-битные регистры и команды для перемеще­ния, сложения, вычитания и других операций над 64-битными словами.

На практике применяются более крупные единицы, а для их обозначения к словам «бит» или «байт» добавляют приставки: кило мera, гига, тера, пета, экза (kilo, mega, giga, tera, peta, exa). Стандартно эти приставки означают умножение основgой единицы измерений на 10³, 10⁶, 10⁹, 10¹², 10¹⁵ 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, 2⁵⁰, 2⁶⁰. Во избежание разночтений, в последнее время ведущие международные организации по стандартизации, например IEEE (Institute of Electrical and Electrical and Electronics Engineers), предлагают ввести новые обозначения, добавив к ним слово binary (бинарный): kilobinary, megabinary, gigabinary, terabinary, petabinarу, exabinary. В результате вместо термина «килобайт» предлагается термин «кибибайт», вместо «мегабайт» — «мебибайт» и т. д. Для обозначения новых единиц пред адются сокращения: Ki, Mi, Gi, Ti, Pi и Ei

3. 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. 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 блоку) необходимо прочитать все предшествующие ему данные. Время доступа зависит от положения требуемой записи в последовательности записей на носителе информации 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-