* Памятью ЭВМ называется совокупность устройств, служащих

*

Памятью ЭВМ называется совокупность устройств, служащих для запоминания, хранения и выдачи информации.

Отдель ные устройства, входящие в эту совокупность, называют запо минающими устройствами или памятями того или иного типа.

Производительность и вычислительные возможности ЭВМ в значительной степени определяются составом и характеристи ками ее ЗУ.

Основными операциями в памяти в общем случае являются занесение информации в память — запись и выборка информации из памяти — считывание. Обе эти операции называются обращением к памяти, или, подробнее, обращением при считывании и обращением при записи

При обращении к памяти производится считывание или запись некоторой единицы данных — различной для устройств разного типа. Такой единицей может быть, например, байт, машинное слово или блок данных.

Важнейшими характеристиками отдельных устройств памя ти (запоминающих устройств) являются емкость памяти, удель ная емкость, быстродействие.

Емкость памяти определяется максимальным количеством данных, которые могут в ней храниться. Емкость измеряется в двоичных единицах (битах), машинных словах, но большей частью в байтах (1 байт = 8 бит), при этом часто емкость памяти выражают через число К 1024: Кбит (килобит), Кслов (кило слов) или Кбайт (килобайт), при этом 1024 Кбайт обозначают как 1 Мбайт (мегабайт)

Удельная емкость есть отношение емкости ЗУ к его физиче скому объему. Быстродействие памяти определяется продолжительностью операции обращения, т. е. временем, затрачиваемым на поиск нужной единицы информации в памяти и на ее считывание (время обращения при считывании), или временем на поиск места в памяти, предназначаемого для хранения данной едини цы информации, и на ее запись в память (время обращения при записи).

В зависимости от реализуемых в памяти операций обраще ния различают: а) память с произвольным обращением (воз можны считывание и запись данных в память); б) память только для считывания информации ( «постоянная» или «односторон няя» ). Запись информации в постоянную память производится в процессе ее изготовления или настройки 1.

По способу организации доступа различают устройства па мяти с непосредственным (произвольным), с прямым (цикличе ским) и последовательным доступами. В памяти с непосредственным (произвольным) доступом время доступа, а поэтому и цикл обращения не зависят от места расположения участка памяти, с которого производится считы вание или в который записывается информация. В большинстве случаев непосредственный доступ реализуется при помощи элек тронных (полупроводниковых) ЗУ. В подобных памятях цикл обращения обычно составляет 1 мкс или всего несколько сотен или десятков наносекунд

В устройствах памяти с прямым доступом, к которым относятся устройства с магнитными бара банами и дисками, благодаря непрерывному вращению носителя информации возможность обращения к некоторому участку но сителя для считывания или записи циклически повторяется. В такой памяти время доступа составляет обычно от нескольких долей секунды до нескольких десятков миллисекунд

В памяти с последовательным доступом производится по следовательный просмотр участков носителя информации, пока нужный участок носителя не займет некоторое исходное положе ние. Характерным примером является ЗУ на магнитных лентах. Время доступа может в неблагоприятных случаях расположения информации достигнуть нескольких минут.

Требования к емкости и быстродействию памяти являются противоречивыми. Чем больше быстродействие, тем технически труднее достигается и дороже обходится увеличение емкости памяти. Стоимость памяти составляет значительную часть об щей стоимости ЭВМ. Поэтому память ЭВМ организуется в виде иерархической структуры запоминающих устройств, обладаю щих различными быстродействием и емкостью

или местную память, оперативную или основную память (ОП), память с прямым доступом на магнитных барабанах и на маг нитных дисках, память с последовательным доступом на магнит ных лентах. Порядок перечисления устройств соответствует убы ванию их быстродействия и возрастанию емкости. Каждый уро вень иерархии может содержать несколько экземпляров (моду лей) соответствующих устройств для получения нужной емкости данного уровня памяти. На рис. 4. 1 сплошными и штриховыми линиями показаны соответственно обычно и сравнительно редко реализуемые пути передачи данных между отдельными ступеня ми иерархической памяти.

Оперативной или основной памятью (ОП) называют устрой ство, которое служит для хранения информации (данных про грамм, промежуточных и конечных результатов обработки), не посредственно используемой в процессе выполнения операций в арифметическо-логическом устройстве и устройстве управле ния процессора.

В процессе обработки информации осуществляется тесное взаимодействие процессора и ОП. Из ОП в процессор поступают команды программы и операнды, над которыми производятся предусмотренные командой операции, а из процессора в ОП на правляются для хранения промежуточные и конечные результа ты обработки.

Характеристики ОП непосредственно влияют на основные показатели ЭВМ и в первую очередь на скорость ее работы. Оперативная память высокопроизводительных ЭВМ имеет ем кость несколько миллионов байт и цикл обращения около 0, 5 мкс (и менее). Запоминающие устройства ОП, ранее выпол нявшиеся на магнитных (ферритовых) сердечниках и тонких магнитных пленках, в настоящее время изготовляются на интег ральных микросхемах с большой степенью интеграции (полупро водниковые ЗУ).

В ряде случаев быстродействие ОП оказывается недоста точным, и в состав машины приходится включать СОП (буфер ную или кэш-память на несколько сотен или тысяч машинных слов с циклом обращения, составляющим несколько десятков наносекунд. Такие СОП выполняются на быстродействующих интегральных микросхемах.

Быстродействие СОП должно со ответствовать скорости работы арифметическо-логических и уп равляющих устройств процессора. Сверхоперативная (буфер ная) память используется для промежуточного хранения считы ваемых процессором из ОП участков программы и групп данных, в качестве рабочих ячеек программы, индексных регистров, для хранения служебной информации, используемой при управлении вычислительным процессом. Она выполняет роль согласующего звена между быстродействующими логическими устройствами процессора и более медленной ОП (см. гл. 14). В качестве ОП и СОП используются быстродействующие ЗУ с произвольным обращением и непосредственным доступом.

Оперативная память вместе с СОП и некоторыми другими специализированными памятями процессора образуют внутрен нюю память ЭВМ. Электромеханические ЗУ образуют внешнюю память ЭВМ, а сами они поэтому называются внешни ми запоминающими устройствами (ВЗУ).

Адресная, ассоциативная и стековая организации памяти Запоминающее устройство с произвольным обращением, как правило, содержит множество одинаковых запоминающих эле ментов, образующих запоминающий массив (ЗМ). Массив разделен на отдельные ячейки; каждая из них предназначена для хранения двоичного кода, число разрядов в котором определяет ся шириной выборки памяти (в частности, это может быть одно, половина или несколько машинных слов). Способ организации памяти зависит от методов размещения и поиска информации в запоминающем массиве. По этому признаку различают адрес ную, ассоциативную и стековую (магазинную) памяти.

Адресная память. В памяти с адресной организацией разме щение и поиск информации в ЗМ основаны на использовании адреса хранения слова (числа, команды и т. п. ). Адресом служит номер ячейки ЗМ, в которой это слово размещается. При записи (или считывании) слова в ЗМ инициирующая эту операцию команда должна указывать адрес (номер ячейки), по которому производится запись (считывание).

Ассоциативная память. В памяти этого типа поиск нужной информации производится не по адресу, а по ее содержанию (по ассоциативному признаку). При этом поиск по ассоциативному признаку (или последовательно по отдельным разрядам этого признака) происходит параллельно во времени для всех ячеек запоминающего массива. Во многих случаях ассоциативный поиск позволяет существенно упростить и ускорить обработку данных. Это достигается за счет того, что в памяти этого типа операция считывания информации совмещена с выполнением ряда логических операций.

Стековая память, так же как и ассоциативная, является безадресной. Стековую память (рис. 4. 4) можно рассматривать как совокупность ячеек, образующих одномерный массив, в ко тором соседние ячейки связаны друг с другом разрядными цепя ми передачи слов. Запись нового слова производится в верхнюю ячейку (ячейку 0), при этом все ранее записанные слова (вклю чая слово, находившееся в ячейке 0), сдвигаются вниз, в со седние ячейки с большими на 1 номерами. Считывание возможно только из верхней (нулевой) ячейки памяти, при этом, если производится считывание с удалением, все остальные слова в памяти сдвигаются вверх, в соседние ячейки с большими номе рами. В этой памяти порядок считывания слов соответствует правилу: последним поступил — первым обслуживается.