Структура памяти ЭВМ

Регистровая память процессора.

Входит в состав ЦП (регистры управляющих и операционных блоков процессора), и предназначена для временного хранения информации. Она имеет малую ёмкость и наибольшее быстродействие.

Сверхоперативная память.

Иногда в архитектуре ЭВМ регистровая память организуется в виде сверхоперативного ЗУ с прямой адресацией. Такая память имеет то же назначение как и РОН, служит для хранения операндов, данных и служебной информации, необходимой процессору.

Управляющая память предназначена для хранения управляющих микропрограмм процессора. Выполнена в виде постоянного ЗУ (ПЗУ) или программируемого постоянного ЗУ (ППЗУ). В системах с микропрограммным способом обработки информации УП применяется для хранения однажды записанных микропрограмм, управляющих программ, констант и т.п.

Буферная память.

В функциональном отношении кэш-память рассматривается как буферное ЗУ, размещённое между основной (оперативной) памятью и процессором. Основное назначение кэш-памяти – кратковременное хранение и выдача активной информации процессору, что сокращает число обращений к основной памяти, скорость работы которой меньше, чем кэш-памяти.

Оперативная память (ОП) - служит для хранения активных программ и данных, то есть тех программ и данных, с которыми работает ЭВМ.

Внешняя память (ВнП) - используется для хранения больших массивов информации в течение продолжительного времени. Обычно ВнП не имеет непосредственной связи с процессором. Обмен информацией носит групповой характер, что значительно сокращает время обмена. ВнП обладает сравнительно низким быстродействием (поиск информации). В качестве носителя используются магнитные диски (гибкие и жёсткие), лазерные диски (CD-ROM) и др.

(20) Адресная организации памяти.

В такой памяти размещение и поиск информации в ЗУ основаны на использовании адреса байта или слова. Адресом служит порядковый номер ячейки ЗМ, в которой это слово размещается.

При каждом обращении к ЗУ необходимо указывать номер (адрес) ячейки памяти, в которой размещается нужная информация. Для приема адреса служит регистр адреса. Этот адрес дешифруется дешифратором адреса, который формирует сигнал на одном из своих выходов. При этом номер этого выхода равен самому адресу. Таким образом, дешифратор указывает номер ячейки памяти, к которой происходит обращение. При чтении информации из ЗУ устройство управления формирует управляющий сигнал «чтение», под действием которого прочитанное из ЗУ слово поступает в усилители чтения, а оттуда в регистр информации.

Занесение прочитанного слова в происходит под действием управляющего сигнала “Прием информации из ЗМ”. Аналогично происходит запись информации в ЗМ. При этом записываемое слово поступает в регистр, а оттуда через усилитель записи под действием сигнала «запись» в выбранную ячейку ЗМ. Любой цикл обращения к памяти инициируется поступлением сигнала «обращение». На УУ поступают также сигналы «чтение» и «запись», которые указывают вид выполняемой в ЗУ операции (запись или чтение).

Для построения адресной памяти используются микросхемы памяти, в состав которых кроме ЗМ входят также усилители чтения и записи, а также дешифратор памяти.

(21) Ассоциативная организация памяти.

Зачастую удобнее искать информацию не по адресу, а опираясь на какой-нибудь характерный признак, содержащийся в самой информации. Именно такой признак и лежит в основе ЗУ, известного как ассоциативное запоминающее устройство (АЗУ) (другие названия: память, адресуемая по содержанию; память, адресуемая по данным; память с параллельным поиском; каталоговая память)

АЗУ – это устройство, которое способно хранить информацию, сравнивать ее с некоторыми заданным образцом и указывать на их соответствие или несоответствие друг другу.

Ассоциативный признак – признак, по которому производиться поиск информации. Ассоциативный признак, может быть частью искомой информации или дополнительно придаваться ей (тег или ярлык).

Признак поиска – комбинация, выступающая в роли образца для поиска.

Построение ассоциативной памяти включает в себя:

• Запоминающий массив для хранения N m-разрядных слов, в каждом из которых несколько младших разрядов занимает служебная информация;
• Регистр ассоциативного признака, куда помещается код искомой информации (признак поиска)
• Схемы совпадения, используемые для параллельного сравнения каждого бита всех хранимых слов с соответствующим битом признака поиска и выработки сигналов совпадения;
• Регистр совпадений, где каждой ячейке запоминающего массива соответствует один разряд, в который заносится единица, если все разряды соответствующей ячейки совпали с одноименными разрядами признака поиска;
• Регистр маски, который позволяет запретить сравнение определенных битов;
• Схему управления чтением/записью, которая на основании анализа содержимого регистра совпадений формирует сигналы, характеризующие результаты поиска информации, а также обеспечивает выбор ячейки для записи новой информации.

Когда происходит обращение к ассоциативному запоминающему устройству, то сначала в регистре маски обнуляются те разряды которые не должны учитываться при поиске информации, а все разряды регистра совпадений устанавливаются в единичное состояние. Потом в регистр ассоциативного признака заносится код искомой информации (признак поиска) и начинается ее поиск, в процессе которого схемы совпадения одновременно сравнивают первый незамаскированный бит всех ячеек запоминающего массива с первым битом признака поиска. Те схемы, которые зафиксировали несовпадение, формируют сигнал, который переводит соответствующий бит регистра совпадений в нулевое состояние. Также происходит процесс поиска для остальных незамаскированных битов признака поиска. В итоге единицы сохраняются лишь в тех разрядах регистра совпадений, которые соответствуют ячейкам, где находится искомая информация. Конфигурация единиц в регистре совпадений используется в качестве адресов, по которым производится считывание из запоминающего массива.

Из-за того, что результаты поиска могут быть неоднозначными, то содержимое регистра совпадений подается на схему управления чтения/записи, где формируются сигнала, которые извещают о том, что искомая информация: найдена; содержится в одной ячейке; содержится более чем в одной ячейке.

Операция контроля ассоциации – формирование содержимого регистра совпадений и сигналов (упомянутых выше).

При считывании сначала производится контроль ассоциации по аргументу поиска. Если информация не найдена, считывание отменяется. При обнаружении лишь одного совпадения считывается слово, на которое указывает единица в регистре совпадений, а при большем числе совпадений сбрасывается самая старшая единица в регистре совпадений, и извлекается соответствующее ей слово. Повторяя эту операцию, можно последовательно считать все слова. Считывание заканчивается тогда, когда все разряды регистра совпадений будут содержать нули.

(22) Стековая организация памяти.

Рассмотрим организацию стековой памяти, как памяти, образованной из связанных между собой ячеек памяти, в которых информация при записи в стек нового слова смещается вниз. Обмен информацией осуществляется только через верхнюю ячейку памяти. При считывании слов из стека, слово может удаляться из стековой памяти или сдвигаться по кольцу, в зависимости от организации стека. Режим чтения – последним вошел, первым вышел - называют LIFO (Last In First Out).

Организация стековой памяти.

Аппаратная реализация такой памяти не всегда целесообразна и зачастую стековая память организуется в основной памяти компьютера программно, что позволяет изменять объем стека в зависимости от необходимости. При организации стека в основной памяти выделяется специальный адресный регистр –“указатель стека”. В указателе стека находится адрес последнего записанного в стек слова. При записи слова в стек адрес вершины стека автоматически уменьшается, при чтении - автоматически увеличивается. Стековая память используется обычно для сохранения состояния текущей программы при обработке прерывания. После выполнения прерывающей программы состояние всех регистров, существовавшие в момент прерывания программы восстанавливается в последовательности, обратной последовательности записи. Можно сохранять в стеке и данные программы, это удобно тем, что при обращении к стеку не требуется указывать в программе адреса ячейки памяти, извлечение информации из стека так же происходит без указания адреса.

(23) Адресная память с произвольным обращением (random access memory).

Оперативная память ЭВМ является адресной. Это значит, что каждая хранимая в ОЗУ единица информации (байт или слово) ставится в соответствии со специальным числом, называемым адресом, которое определяет месторасположение этой информации в памяти. Минимальной, адресуемой в памяти единицей информации является байт, т.е. восьмиразрядный код. Более крупные единицы информации (полуслово, слово, двойное слово) образуются из целого числа байт.

В мини- и микро-ЭВМ нумерация бит и байт в слове производится справа налево. В машинах общего назначения нумерация бит и байт в слове производится слева направо. Адресом слова является адрес его байта с наименьшим номером.

Основными операциями в памяти являются запись и чтение. Обе эти операции называются «обращение к памяти». Емкость памяти определяется максимальным количеством данных, которые в ней могут храниться.

В зависимости от реализуемых в памяти операций обращения различают:

А) память с произвольным обращением (RAM – Random Access Memory);

Б) память только для чтения информации (ROM – Read Only Memory), такая память носит название односторонней или постоянной.

ЗУ с произвольным обращением времени - ЗУ, позволяющие в произвольной последовательности обращаться к любой ячейке без существенных различий во времени обращения к памяти. В ЗУ с произвольным обращением время, необходимое для записи или считывания информации, является постоянной величиной, не зависящей от того, к какой ячейке ЗУ производится обращение и определяется только быстродействием схем, осуществляющих выборку. Примером такого ЗУ может служить ЗУ на ферритовых сердечниках.