Иерархия и общая характеристика запоминающих устройств
Запоминающие устройства (ЗУ) реализуют функцию памяти ЭВМ и предназначены для записи, хранения и считывания информации, представленной двоичными кодами. К такой информации относятся исходные данные решаемых задач, промежуточные и окончательные результаты, используемые в вычислительном процессе константы и табличные данные и, наконец, коды команд программы. Производительность и вычислительные возможности ЭВМ зависят не только от архитектуры и тактовой частоты процессора (микропроцессора), но в значительной степени определяются составом и характеристиками запоминающих устройств.
Наиболее важными характеристиками ЗУ являются емкость и быстродействие.
Емкость ЗУ определяется максимальным количеством одновременно хранящейся информации и выражается в байтах или более крупных кило - , мега - или гигаединицах (Кбайт = 210 байт, Мбайт = 220 байт, Гбайт = 230 байт).
Быстродействие ЗУ характеризуется продолжительностью операции обращения для записи или считывания, включая время, необходимое для поиска необходимой ячейки памяти. Интервал времени между последовательными обращениями к ЗУ называется циклом обращения. В некоторых ЗУ считывание информации сопровождается ее стиранием (разрушением). В таких ЗУ цикл обращения должен включать время, необходимое на восстановление (регенерацию) считанной информации на прежнем месте.
Емкость и быстродействие являются взаимосвязанными характеристиками ЗУ. С увеличением емкости обычно снижается быстродействие. Компромиссная реализация этих противоречивых требований достигается иерархической структурой ЗУ, в которой объединяются запоминающие устройства, обладающие различными быстродействием и емкостью. В иерархии запоминающих устройств ЭВМ (рис. 10.1) обычно выделяют основную память, сверхоперативную память и внешние запоминающие устройства, или внешнюю память.
Основная память (ОП) содержит оперативное (RAM - Random Access Memory - память с произвольным доступом) и постоянное (ROM - Read Only Memory) запоминающие устройства. Структура ОП состоит из миллионов отдельных ячеек памяти емкостью 1 байт каждая.
Общая емкость
212
основной памяти большинства современных ПЭВМ обычно лежит в пределах от 1 до 32 Мбайт. При этом емкость ОЗУ на один - два порядка превышает емкость ПЗУ: ПЗУ занимает 128 (реже 256) Кбайт, остальной объем - это ОЗУ. Время обращения tобр к ОП не превышает 0,1 - 0,2 мкс.
Рис. 10.1. Иерархическая структура запоминающих устройств ЭВМ
Значительно более высоким быстродействием, но меньшей емкостью по сравнению с ОП обладает сверхоперативная память, представленная внутренней микропроцессорной памятью (МПП) емкостью в несколько байт и буферной высокоскоростной КЭШ - памятью емкостью, достигающей сотен килобайт. Для реализации сверхоперативной памяти обычно используются быстродействующие регистры, выполненные на статических триггерах. Время обращения к памяти составляет сотые доли микросекунды.
В иерархии ЗУ наименее быстродействующими являются устройства внешней памяти, называемые иначе накопителями, поскольку для их построения используются электромеханические средства. В большинстве накопителей в качестве машинного носителя информации используются магнитные или оптические диски, причем магнитные диски могут быть как гибкими, так и жесткими. Накопители на дисках относятся к устройствам с прямым (циклическим) доступом к информации. Существуют также устройства с последовательным доступом в виде накопителей на кассетной магнитной ленте (стриммеров), которые из - за еще более низкого быстродействия применяются лишь в некоторых случаях, например, для резервного копирования и архивирования информации с жестких дисков.
Для оценки быстродействия устройств внешней памяти обычно используются два параметра: время доступа tg (время поиска информации на носителе) и скорость считывания Усч (скорость считывания смежных информационных байтов подряд - трансфер).
213
Сравнительные характеристики (емкость памяти и ее быстродействие) для рассмотренных типов запоминающих устройств приведены в табл. 10.1.
Таблица 10.1
Сравнительные характеристики запоминающих устройств
| Тип памяти | Емкость | Быстродействие |
| Основная память | ||
| ОЗУ | Единицы - десятки Мбайт | tобр = 0,07 - 0,1 мкс |
| ПЗУ | Сотни Кбайт | tобр = 0,07 - 0,2 мкс |
| Сверхоперативная память | ||
| МПП | Десятки байт | tобр = 0,001 - 0,004 мкс |
| КЭШ - память | Сотни Кбайт | tобр = 0,002 - 0,005 мкс |
| Внешняя память | ||
| НЖМД | Сотни Мбайт - единицы Гбайт | tg = 7 - 30 мс Vсч = 500 - 3000 Кбайт/с |
| НГМД | Единицы Мбайт | tg = 50 - 100 мс Vсч = 40 - 100 Кбайт/с |
| CD - ROM | Сотни Мбайт - единицы Гбайт | tg = 15 - 300 мс Vсч = 150 - 1500 Кбайт/с |
212 :: 213 :: 214 :: Содержание
