videó memória

A videoadapter a rendszermemória egy részét használja a monitoron megjelenő grafikus vagy karakterinformációk tárolására. Egyes videokártya-kártyák, például a VGA, saját BIOS-t tartalmaznak, amely a rendszermemória területén található.

Kiegészítő (bővített) memória

Mint már említettük, a modern processzorokban a RAM mennyisége jelentősen meghaladhatja az 1 MB-os határt, például a Pentium II-re épülő rendszerek esetében a maximális RAM mennyisége 64 GB. A memória első megabájton túli címezéséhez a processzornak védett módban kell lennie.

Bővített memória

Egyes programok más típusú memóriát használhatnak - kiterjesztett memória(Bővített memória specifikáció). A fő (az első megabájton belüli) és a kiegészítő (2-16) memóriával ellentétben a processzor nem tudja megcímezni a bővített memóriát. Csak egy kis 62 KB-os ablakon keresztül érhető el a nagy memóriaterületen. Az EMS memóriát csak adattárolásra használják.

Állandó memória(ROM - csak olvasható memória) általában olyan információkat tartalmaz, amelyek nem változhatnak a program végrehajtása során. ROM (Read Only Memory) neve is van, amely azt jelzi, hogy csak olvasási és tárolási módok állnak rendelkezésre. Az állandó memória nem felejtő. Az összes ROM-chip az információbevitel módja szerint maszkolt, a gyártó által programozott - ROM-ra, a felhasználó által programozott egyszer - Programozható ROM-ra, és a felhasználó által többször programozott - Erasable Prom. Ez a memóriatípus a számítógép indítóprogramjának, a BIOS-nak a tárolására szolgál.

Processzor regiszter memória a processzorchipen helyezkedik el, a frekvenciája szerint órajellel működik, és a regiszter-regiszter parancsformátumban működő, ultra-nagy sebességű memória rendszerezésére szolgál.

Külső memória rendszerint különféle típusú és kialakítású mágneses és optikai adathordozókon valósítják meg. A VI-t arra tervezték, hogy nagy mennyiségű adatot tároljon, és ezeket az adatokat RAM-mal, gyorsítótáron és interfészen vagy lemezvezérlőn keresztül kicserélje.

A számítógép memóriája tárolóeszközök (memória) hierarchiája, amelyek az átlagos adatelérési időben, mennyiségben és egy bit tárolási költségében különböznek egymástól.

Volume Time Price $/byte

Processzor regiszterek

Több tíz bájt ~ 0,01-1 ns 0,1-10

	Gyors memória (SRAM alapú gyorsítótár)

Több száz KB - ~0,5-2 ns 0,1-0,5

Fő memória - RAM (DRAM alapú)

MB

Ezrek ~2-20 ns 0,01-0,1

Külső memória

Megabájt

Száztízek

Gigabyte µs 0,001-0,01

	Internet

Rizs. 7.1 Memóriahierarchia

Nyilvánvaló, hogy a javasolt struktúra lefelé haladásával a hozzáférési idő több nanoszekundumról a regisztermemória esetében több tíz mikroszekundumra nő a lemezelérésnél. Növekszik a memória mennyisége (a regiszterek legfeljebb 128 bájtot tudnak tárolni, a külső memória mennyisége pedig lényegében korlátlan), de csökken az adattárolás bitenkénti költsége.

A modern számítógépek memóriahierarchiája több szinten épül fel, a magasabb szint kisebb, gyorsabb, és magasabb a bájtonkénti költsége, mint az alsó szint. A hierarchia szintjei összefüggenek egymással: az egyik szinten lévő összes adat megtalálható egy alacsonyabb szinten is, és az alacsonyabb szinten lévő összes adat megtalálható a következő alacsonyabb szinten, és így tovább, amíg el nem érjük a hierarchia alját.

Az emlékezet hierarchiája sok szintből áll, de egy adott időpontban csak két közeli szinttel van dolgunk. Az információ legkisebb egységét, amely egy kétszintű hierarchiában jelen lehet vagy hiányzik, blokknak vagy vonalnak nevezzük. A blokk mérete lehet fix vagy változó. Ha ez a méret rögzített, akkor a memória mennyisége a blokk méretének többszöröse.

A magasabb szintre irányuló sikeres vagy sikertelen hívást ütésnek, illetve hiányzásnak nevezzük. A találat egy olyan objektumra való hivatkozás a memóriában, amely magasabb szinten található, míg a hiányosság azt jelenti, hogy nem található ezen a szinten. A találati arány vagy a találati arány a magasabb szinten talált találatok aránya. Néha százalékban van megadva. A kihagyási arány azon találatok aránya, amelyek nem találhatók magasabb szinten.

Találatidő: találati idő, kihagyott büntetés - ez az az idő, amikor egy magas szintű blokkot le kell cserélni egy alacsonyabb szintről származó blokkra + ennek a blokknak az átviteli ideje. Különbséget teszünk az átviteli idő és a hozzáférési idő között.

Vonalméret - vonal	4-128 bájt
Ütésidő	1-4 rúd
Miss Penalty	8-32 bar
Hozzáférési idő	6-10 bar
átszállási idő	2-22 bar
hiányzási arány	1-2 %

) különféle műszaki megoldásokat alkalmaznak, amelyek mind műszakilag, mind árban, mind tömegben és méretben kiváló tulajdonságokkal rendelkeznek. A drága ultragyors és akár véletlen hozzáférésű memóriában való hosszú távú tárolás általában nem kifizetődő, ezért az ilyen típusú adatokat meghajtókon tárolják - lemezen, szalagon, flash-en stb.

A nagy teljesítményű számítógépek és rendszerek tervezése során számos kompromisszumot kell tenni, például a méret és a technológia a hierarchia minden szintjén. Tekinthetjük a hierarchiában elhelyezkedő különböző emlékek halmazát (m 1 ,m 2,…,m n), vagyis minden m i szint mintegy alárendeltje a hierarchia m i-1 szintjének. A magasabb szinteken a várakozási idő csökkentése érdekében az alsóbb szintek puffereléssel darabokban készíthetik elő az adatokat, és ha a puffer megtelik, jelezhetik a felső szintnek, hogy adatot lehet fogadni.

A hierarchiának gyakran 4 fő (kibővített) szintje van:

1. A processzor belső memóriája (regiszterfájlba rendezett regiszterek és a processzor gyorsítótára).
2. Rendszer RAM (RAM) és kiegészítő memóriakártyák.
3. Hot-access meghajtók (on-line háttértár) – vagy másodlagos számítógépmemória. Merevlemezek és szilárdtestalapú meghajtók, amelyek nem igényelnek hosszú (másodperces vagy több) műveleteket az adatok fogadásának megkezdéséhez.
4. Médiaváltást igénylő meghajtók (Off-line tömeges tárolás) – vagy harmadlagos tárhely. Ide tartoznak a mágnesszalagok, szalag- és lemezkönyvtárak, amelyek hosszú visszatekercselést vagy mechanikus (vagy kézi) adathordozót igényelnek.

A legtöbb modern számítógép a következő memóriahierarchiát használja:

1. A regiszterfájlba rendezett processzorregiszterek a leggyorsabb hozzáférést biztosítanak (1 ciklus nagyságrendben), de csak néhány száz, vagy ritkán több ezer bájtos méretűek.
2. 1. szintű processzor gyorsítótár (L1) - több ciklus nagyságrendű hozzáférési ideje, több tíz kilobájt méretű
3. 2. processzorszintű gyorsítótár (L2) – hosszabb hozzáférési idő (2-10-szer lassabb, mint az L1), körülbelül fél megabájt vagy több
4. 3. szintű processzor gyorsítótár (L3) - hozzáférési idő körülbelül száz órajel, több megabájt méretű (nemrég használt tömegprocesszorokban)
5. Rendszer RAM - hozzáférési idő több száztól akár több ezer ciklusig, de hatalmas méretek, több gigabájt, akár több száz. A RAM elérési ideje a NUMA osztálykomplexumok (nem egységes memória hozzáféréssel) esetén a különböző részein változhat.
6. Lemeztároló - sok millió ciklus, ha az adatok nem lettek előre gyorsítótárazva vagy pufferelve, akár több terabájt méretű
7. Harmadlagos memória - több másodperc vagy perc késleltetés, de gyakorlatilag korlátlan mennyiség (szalagkönyvtárak).

A legtöbb programozó általában azt feltételezi, hogy a memória két szintre van felosztva, a RAM-ra és a lemeztárolóra, bár az assembly nyelveken és az assembly-kompatibilis nyelveken (például ) közvetlenül is lehet dolgozni a regiszterekkel. A memóriahierarchia előnyeinek kihasználása összehangolt cselekvést igényel a programozótól, a hardvertől és a fordítóktól (valamint alapvető támogatást az operációs rendszerben):

• A programozók feladata a lemezek és a memória (RAM) közötti adatátvitel megszervezése fájl I/O használatával; A modern operációs rendszerek ezt lapozásként is megvalósítják.
• A hardver felelős a memória és a gyorsítótárak közötti adatátvitel megszervezéséért.
• Az optimalizáló fordítók felelősek a processzor regisztereit és gyorsítótárát a hardver által hatékonyan kihasználó kód létrehozásáért.

Sok programozó nem veszi figyelembe a többszintű memóriát a programozás során. Ez a megközelítés mindaddig működik, amíg az alkalmazás nem tapasztal teljesítménycsökkenést a memória alrendszer alulteljesítménye miatt. A kód javításánál (refaktorálásnál) a legmagasabb teljesítmény elérése érdekében figyelembe kell venni a memóriahierarchia felsőbb szintjei munkájának jelenlétét és sajátosságait.

Lásd még

Írjon véleményt a "Memóriahierarchia" című cikkről

Irodalom

• Mikhail Guk "IBM PC hardver" St. Petersburg 1998
• John L. Hennessy, 2012

Megjegyzések

Számológép (Számítógép konfiguráció) Nem felejtő memória: lemezmeghajtók, meghajtók és adathordozók Információs kimeneti eszköz és Multimédia Beviteli eszköz (fő funkció szerint) Játékok és szórakozás Kommunikációs eszközök és (tele)kommunikáció Tápegység Egyéb

Az emlékezet hierarchiáját jellemző részlet

Sonya, mintha nem hinne a fülének, teljes szemével Natasára nézett.
- És Bolkonsky? - azt mondta.
„Ó, Sonya, ha tudnád, milyen boldog vagyok! - mondta Natasha. Nem tudod mi a szerelem...
„De Natasha, tényleg mindennek vége?
Natasha nagy, nyitott szemekkel nézett Sonyára, mintha nem értené a kérdését.
- Nos, visszautasítja Andrej herceget? – mondta Sonya.
„Ah, nem értesz semmit, ne beszélj hülyeségeket, figyelj” – mondta Natasha azonnali bosszúsággal.
– Nem, nem hiszem el – ismételte Sonya. - Nem ertem. Hogyan szerettél egy embert egy egész évig, és hirtelen... Végül is csak háromszor láttad. Natasha, nem hiszek neked, szemtelen vagy. Három nap múlva felejts el mindent, és így...
– Három nap – mondta Natasha. „Azt hiszem, száz éve szeretem. Úgy érzem, előtte még soha senkit nem szerettem. Ezt nem tudod megérteni. Sonya, várj, ülj le ide. Natasha átölelte és megcsókolta.
„Azt mondták nekem, hogy ez megtörténik, és jól hallottad, de most csak ezt a szerelmet tapasztaltam meg. Nem olyan, mint régen. Amint megláttam, éreztem, hogy ő az én uram, én pedig a rabszolgája vagyok, és nem tudtam nem szeretni. Igen, rabszolga! Amit ő mond, azt megteszem. Ezt nem érted. Mit kellene tennem? Mit tegyek, Sonya? – mondta Natasha boldog és ijedt arccal.
– De gondolj csak arra, mit csinálsz – mondta Sonya –, nem hagyhatom így. Azok a titkos levelek... Hogy hagytad, hogy ezt tegye? – mondta rémülten és undorral, amit alig tudott leplezni.
„Megmondtam – válaszolta Natasa –, hogy nincs akaratom, hogy nem érted ezt: szeretem őt!”
„Szóval nem hagyom, hogy megtörténjen, megmondom” – kiáltotta Sonya könnyek között.
- Mi vagy te, az isten szerelmére... Ha elmondod, te vagy az ellenségem - szólalt meg Natasha. - A szerencsétlenségemet akarod, azt akarod, hogy elváljunk...
Natasha félelmét látva Sonya könnyekben tört ki a szégyentől és a barátja iránti szánalomtól.
– De mi történt köztetek? Kérdezte. - Mit mondott neked? Miért nem megy a házba?
Natasha nem válaszolt a kérdésére.
– Az isten szerelmére, Sonya, ne mondd el senkinek, ne kínozzon – könyörgött Natasha. „Ne feledje, hogy ne avatkozzon bele ilyen ügyekbe. Megnyitottam neked...
De mire valók ezek a titkok? Miért nem megy a házba? – kérdezte Sonya. – Miért nem keresi meg közvetlenül a kezed? Hiszen Andrej herceg teljes szabadságot adott neked, ha igen; de nem hiszem el. Natasha, gondoltál már a titkos okokra?
Natasha meglepett szemekkel nézett Sonyára. Úgy tűnik, ezt a kérdést először tették fel neki, és nem tudta, hogyan válaszoljon rá.
Hogy mi okból, nem tudom. De hát vannak okai!
Sonya felsóhajtott, és hitetlenkedve megrázta a fejét.
– Ha voltak okai… – kezdte. De Natasha, sejtve kétségeit, ijedten félbeszakította.
„Sonya, nem kételkedhetsz benne, nem tudsz, nem tudsz, érted? kiabált.
- Szeret téged?
- Szeret? – ismételte meg Natasha mosolyogva, sajnálkozva barátja tompasága miatt. – Olvastad a levelet, láttad?
– De mi van akkor, ha ő egy hitvány ember?
– Ő!... egy hitvány ember? Ha tudnád! - mondta Natasha.
- Ha nemes ember, akkor vagy ki kell jelentenie szándékát, vagy fel kell hagynia veled; és ha nem akarod ezt megtenni, akkor megteszem, írok neki, megmondom apának – mondta Sonya határozottan.
- Igen, nem tudok nélküle élni! – sikoltott Natasha.
Natasha, nem értelek. És miről beszélsz! Emlékezz az apádra, Nicolas.
„Nincs szükségem senkire, nem szeretek senkit, csak őt. Hogy merészeled azt mondani, hogy hitvány? Nem tudod, hogy szeretem őt? – sikoltott Natasha. „Sonya, menj el, nem akarok veszekedni veled, menj el, az isten szerelmére, menj el: látod, mennyire gyötrődöm” – kiáltotta dühösen Natasha visszafogott, ingerült és kétségbeesett hangon. Sonya sírva fakadt, és kirohant a szobából.
Natasa odament az asztalhoz, és egy perc gondolkodás nélkül megírta azt a választ Mary hercegnőnek, amit egész délelőtt nem tudott megírni. Ebben a levélben röviden azt írta Marya hercegnőnek, hogy minden félreértésük véget ért, és Andrej herceg nagylelkűségét kihasználva, aki távozásakor szabadságot adott neki, arra kéri, felejtsen el mindent, és bocsásson meg neki, ha bűnös. előtte, de nem lehet a felesége. Mindez abban a pillanatban olyan könnyűnek, egyszerűnek és világosnak tűnt számára.

Pénteken a Rosztováknak a faluba kellett volna menniük, szerdán pedig a gróf a vevővel ment a külvárosába.
A gróf távozásának napján Sonya és Natasha meghívást kaptak egy nagy vacsorára a Karagins-ba, és Marya Dmitrievna elvitte őket. Ezen a vacsorán Natasha ismét találkozott Anatole-lal, és Sonya észrevette, hogy Natasha beszél hozzá, nem akarja, hogy meghallják, és a vacsora alatt még izgatottabb volt, mint korábban. Amikor hazatértek, Natasha volt az első, aki Sonyával kezdte azt a magyarázatot, amire a barátja várt.
„Itt vagy, Sonya, mindenféle hülyeséget beszélsz róla” – kezdte Natasha szelíd hangon, azon a hangon, amelyet a gyerekek akkor beszélnek, ha dicsérni akarják őket. „Ma beszéltünk vele.
- Nos, mi, mi? Nos, mit mondott? Natasha, mennyire örülök, hogy nem haragszol rám. Mondj el mindent, a teljes igazságot. Mit mondott?
Natasha elgondolkodott.
– Ó, Sonya, ha úgy ismernéd őt, mint én! Azt mondta... Arról kérdezte, hogyan ígértem Bolkonszkijnak. Örült, hogy rajtam múlik, hogy megtagadjam őt.
Sonya szomorúan felsóhajtott.
– De te nem utasítottad vissza Bolkonszkijt – mondta.
– Lehet, hogy nem! Talán Bolkonskyval mindennek vége. Miért gondolsz olyan rosszat rólam?
„Nem gondolok semmit, csak nem értem…
- Várj, Sonya, mindent meg fogsz érteni. Nézze meg, milyen ember. Ne gondolj rosszat sem rólam, sem róla.
„Senkiről nem gondolok rosszat: mindenkit szeretek és mindenkit sajnálok. De mit csináljak?
Sonya nem adta fel azt a gyengéd hangot, amellyel Natasha megszólította. Minél lágyabb és fürkészőbb volt Natasha arckifejezése, Sonya arca annál komolyabb és szigorúbb volt.
- Natasha - mondta -, megkértél, hogy ne beszéljek veled, én nem, most te magad kezdted. Natasha, nem hiszek neki. Miért ez a titok?
- Újra újra! – szólt közbe Natasha.
- Natasha, félek érted.
- Mitől kell félni?
– Attól tartok, tönkreteszi magát – mondta Sonya határozottan, és maga is megijedt attól, amit mondott.
Natasha arca ismét haragot tükrözött.
„És elpusztítom, elpusztítom, elpusztítom magamat, amint lehet. Semmi közöd hozzá. Nem neked, de nekem rossz lesz. Hagyj, hagyj engem. Utállak.
- Natasha! – kiáltotta Sonya ijedten.
- Utálom, utálom! És te vagy az ellenségem örökre!
Natasha kirohant a szobából.
Natasha többé nem beszélt Sonyával, és elkerülte. Ugyanolyan feldúlt meglepetéssel és bűnösséggel járkált a szobákban, először ezt, majd egy másik elfoglaltságot foglalt el, és azonnal elhagyta őket.
Bármilyen nehéz is volt Sonyának, mindig a barátján tartotta a tekintetét.
Annak a napnak az előestéjén, amelyen a grófnak vissza kellett volna térnie, Sonya észrevette, hogy Natasha egész délelőtt a nappali ablakánál ült, mintha várna valamit, és valami jelet adott az elhaladó katonaembernek. akit Sonya Anatole-nak tévesztett.

Memóriahierarchia (teljesítmény és hangerő)

Lemeztömb felépítése

A nagy teljesítményű számítógépek és rendszerek tervezése során számos kompromisszumot kell tenni, például a méret és a technológia a hierarchia minden szintjén. Tekinthetjük a hierarchiában elhelyezkedő különböző emlékek halmazát (m 1 ,m 2,…,m n), vagyis minden m i szint mintegy alárendeltje a hierarchia m i-1 szintjének. A magasabb szinteken a várakozási idő csökkentése érdekében az alsóbb szintek puffereléssel darabokban készíthetik elő az adatokat, és ha a puffer megtelik, jelezhetik a felső szintnek, hogy adatot lehet fogadni.

A hierarchiának gyakran 4 fő (kibővített) szintje van:

A legtöbb modern számítógép a következő memóriahierarchiát használja:

A legtöbb programozó általában azt feltételezi, hogy a memória két szintre van felosztva, a RAM-ra és a lemeztárolóra, bár az assembly nyelveken és az assembly-kompatibilis nyelveken (például ) közvetlenül is lehet dolgozni a regiszterekkel. A memóriahierarchia előnyeinek kihasználása összehangolt cselekvést igényel a programozótól, a hardvertől és a fordítóktól (valamint alapvető támogatást az operációs rendszerben):

Sok programozó nem veszi figyelembe a többszintű memóriát a programozás során. Ez a megközelítés mindaddig működik, amíg az alkalmazás nem tapasztal teljesítménycsökkenést a memória alrendszer alulteljesítménye miatt. A kód javításánál (refaktorálásnál) a legmagasabb teljesítmény elérése érdekében figyelembe kell venni a memóriahierarchia felsőbb szintjei munkájának jelenlétét és sajátosságait.

Lehetetlen egy RAM alrendszert megvalósítani általános célú számítógépekben egyetlen technológia alkalmazásával. A vizsgált technológiák egyike sem biztosítja a RAM alrendszerre vonatkozó összes követelmény teljesítését. Különösen a félvezető technológia alkalmazása nem tudja megfelelő költséggel biztosítani az energiafüggetlenséget és a szükséges mennyiségű RAM-ot.

Ezt a dilemmát a memória alrendszerben különböző információtárolási technológiák alkalmazásával, egy bizonyos megvalósításával lehet feloldani memória alrendszer hierarchiája. A memória alrendszer tipikus hierarchiája vázlatosan látható az 1. ábrán. 5.1.

Rizs. 5.1. A számítógép memória alrendszerének hierarchiája

A hierarchia elve a következő feltételek teljesülését jelenti:

a hierarchia szintek száma tetszőleges lehet;

a hierarchia minden szintje szigorúan meghatározott funkciókat lát el;

a külső hivatkozások mindig a hierarchia legfelső szintjére kerülnek;

ha a hierarchia i-edik szintje végre tudja hajtani a kapott kérést, akkor azt végrehajtja és az eredményt továbbítja a kérés forrásának - a hierarchia (i-1)-edik szintjének;

ha a hierarchia i-edik szintje nem tudja teljesíteni a beérkezett kérést, akkor kérést képez a hierarchia (i+1)-edik szintjére;

ahogy a memória alrendszer hierarchiájának felső szintjeiről az alsó szintekre lép:

kapacitás növelése;

a hozzáférési idő növekszik;

Így a lassabb, de gyorsabb memóriatechnológiákat lassabb, de nagyobb kapacitású technológiák egészítik ki.

A kulcskérdések, amelyek megoldása biztosítja a memória alrendszer hierarchikus kialakításának sikerét, a következők:

az információáramlás megszervezése a számítógépben, miközben a hierarchia felső szintjének memóriaeszközeitől az alsóbb szintek memóriaeszközei felé halad, a hívások intenzitásának csökkenését biztosítja;

a magasabb szintek memóriájában lévő információk beágyazása az alacsonyabb szintek memóriájába (azaz a hierarchia magasabb szintjének memóriájában lévő információ az alacsonyabb szint memóriájának egy részhalmaza).

Tegyük fel, hogy a rendszer processzora két memóriaszinthez tud hozzáférni. Az 1. szintű memória N szót tartalmaz és elérési ideje 1 ns, míg a 2. szintű memória 1000 N szót és 10 ns hozzáférési időt tartalmaz. Tegyük fel, hogy ha a kívánt szó az 1. szintű memóriában van, akkor a processzor közvetlenül kéri le, ha pedig a 2. szintű memóriában van, akkor a kért szó először az 1. szintű memóriába kerül, és onnan kéri le. a processzor. Az elemzés megkönnyítése érdekében nem vesszük figyelembe azt az időt, amelyre a processzornak szüksége van ahhoz, hogy pontosan megtudja, hol található a keresett szó - az 1. vagy 2. szint memóriájában.

Hagyja a paramétert H a teljes kérésfolyamban az első szintű memóriába eső kérések arányát jellemzi, a paraméter T 1 - az első szintű memória elérési ideje, és T 2- a második szint memóriájához való hozzáférés ideje. Nem meglepő, hogy minél magasabb az érték H, azok. az összes processzor-hozzáférés nagyobb része az adatokhoz a leggyorsabb szintre esik, annál alacsonyabb az átlagos hozzáférési idő a hierarchikus memória alrendszerhez, és annál közelebb van az értékhez. T 1.

Az ilyen memória alrendszerhez való átlagos hozzáférési idő a következő képlettel fejezhető ki:

Tegyük fel, hogy az összes hozzáférés 95%-a az első szintű memóriában található (azaz H=0,95). Ekkor egy szó kinyerésének átlagos ideje a hierarchikus memória alrendszerből egyenlő lesz:

Az elmondottakból tehát az következik, hogy a memória alrendszer hierarchikus felépítésének koncepciója elvileg meglehetősen megalapozott, de gyakorlati sikert csak akkor fog hozni, ha a korábban említett elvek mindegyike megvalósul a rendszer tervezésében. .

A ma létező memóriatechnológiák közül nem olyan nehéz olyan sorozatot választani, amely a következő tulajdonságokkal rendelkezik:

magas szintű memóriateljesítmény szükséges;

az információtárolás relatív költségének csökkentése;

kapacitás növelése;

a hozzáférési idő növekedése;

az energiafüggetlenség a hierarchia valamely szintjén biztosított;

a beágyazási követelmény végrehajtása.

Az azonban, hogy a memória alrendszer hierarchiájának szintjein haladva csökkenti a hozzáférések gyakoriságát, nagymértékben nem a számítógép tervezőjétől, hanem a végrehajtott programok tulajdonságaitól függ.

következtetéseket

1. Ha a processzor sebessége és a nem felejtő félvezető memória sebessége közel van, akkor a RAM alrendszer egy hierarchiaszinttel valósítható meg.

2. Ha a processzor sebessége és a nem felejtő félvezető memória sebessége jelentősen eltér, akkor a RAM alrendszernek hierarchikusnak kell lennie, több szintű hierarchiával.

3. A hierarchia memóriaszintjeinek száma és paraméterei a számítógép alkalmazási területétől függenek.

4. A nagy teljesítményű modern számítógépekben a memória alrendszer hierarchiájának legfeljebb 6 szintje van.

5. A hierarchia szintek száma tetszőleges lehet.

6. A hierarchia minden szintje szigorúan meghatározott funkciókat lát el.

7. A hierarchikus memória alrendszerhez kívülről való hozzáférés mindig a hierarchia legfelső szintjén történik.

8. Ha a hierarchia i-edik szintje végre tudja hajtani a kapott kérést, akkor azt végrehajtja és az eredményt továbbítja a kérés forrásának - a hierarchia (i-1)-edik szintjének.

9. Ha a hierarchia i-edik szintje nem tudja teljesíteni a beérkezett kérést, akkor kérést képez a hierarchia (i + 1)-edik szintjére.

10. Ahogy a memória alrendszer hierarchiájának felső szintjeiről az alsó szintekre lép:

az információ tárolásának relatív költsége csökken;

kapacitás növelése;

a hozzáférési idő növekszik;

a hierarchia előző szintjéről érkező hívások gyakorisága csökken;

biztosított a magasabb szintek memóriájában lévő információk beágyazása az alacsonyabb szintek memóriájába (azaz a hierarchia magasabb szintjének memóriájában lévő információ az alacsonyabb szint memóriájának egy részhalmaza);

az energiafüggetlenség a hierarchia valamely szintjén biztosított.

Link Helység

A kifejezés lényege linkek lokalizálása (helységreferencia) az, hogy a RAM-hoz való hozzáférések egy programrészlet végrehajtása során hajlamosak a RAM címterének egy korlátozott területén (fürtben) "felhalmozódni". Egy kellően összetett program végrehajtása során az aktuális klaszter eltolódik a címtérben, de meglehetősen rövid ideig feltételezhetjük, hogy a hívások egy fix klaszterbe mennek.

Intuitív módon a hivatkozások lokalizációjával kapcsolatos feltételezés meglehetősen ésszerűnek tűnik. Fontolja meg a következő érveket e feltevés mellett.

1. A program vezérlési folyamatának jelentős része szekvenciális
karakter. Ez alól kivételt képeznek a feltételes és feltétel nélküli ugrások, az eljárások meghívása és az eljárásokból való visszatérés parancsai, amelyek százalékban kifejezve a program parancsainak elenyésző részét teszik ki. Következésképpen az esetek túlnyomó többségében a következő végrehajtható parancs a RAM-cellából kerül lekérésre azt követően, amelyikben az aktuális parancs található.

2. Nagyon ritkán fordul elő, hogy az eljáráshívási parancsok egyet követnek
majd egy újabb folyamatos adatfolyam, majd ugyanaz a parancsfolyam
visszatérés az eljárásokról. Általános szabály, hogy a programnak meglehetősen kicsi az eljáráshívások egymásba ágyazása. Következésképpen egy bizonyos, bár korlátozott ideig a program kis számú eljárásra koncentrálva hajtja végre a parancsokat.

3. A legtöbb iteratív számítási eljárás kis számú, jó néhányszor megismételt utasításból áll. Ily módon
az iteratív eljárás végrehajtása során a processzormag valójában ugyanahhoz a RAM-területhez fér hozzá, ahol ezek az utasítások találhatók.

4. A számítási folyamat sok esetben magában foglalja a strukturált adatok - egy bizonyos szerkezetű rekordok tömbjei vagy sorozatai - feldolgozását. Ebben az esetben az elemek feldolgozása egymás után történik
olyan szerkezetek, amelyek általában kompaktan vannak elhelyezve a címben
RAM hely.

Ezeket az intuitív megfontolásokat számos tanulmány megerősítette. Számos munka tanulmányozta a magas szintű programozási nyelvek felhasználásával kifejlesztett, különféle célokra szolgáló tipikus alkalmazások természetét. E vizsgálatok egyes eredményeit az 5.1. táblázat tartalmazza. Bemutatja a különböző típusú operátorok relatív gyakoriságát a programokban különböző célokra.

A fenti táblázatból látható, hogy a különböző célú programok vizsgálatának eredményei meglehetősen közeli eredményeket adtak – ezekből az következik, hogy az átmenet- és eljáráshívási parancsok a program működése során végrehajtott parancsok igen kis részét teszik ki. Így a szigorú kutatás megerősítette az első intuitív feltevést.

5.1. táblázat. Különböző típusú utasítások végrehajtásának relatív gyakorisága magas szintű nyelvű programokban

ábrán Az 5.1 egy grafikon, amely bemutatja az eljárásokkal végzett munka jellegét egy tipikus program végrehajtása során.

Rizs. 5.1. Az eljárások felhívásának jellege a program végrehajtása során

A grafikon ordináta tengelye a végrehajtott eljárás aktuális beágyazási mélységét mutatja, az abszcissza tengely pedig az időt relatív egységekben ("hívás/visszatérés" parancsok végrehajtási ciklusai). Minden egyes eljáráshívást a grafikonon egy ferde vonal ábrázol, amely lefelé jobbra megy (a program "mélységbe süllyesztése"), a visszatérési parancsot pedig egy felfelé mutató vonal (a programot "felszínre emeli") ábrázolja. . A parcellákat téglalapokkal jelöljük a grafikonon, amelyekben a relatív beágyazási mélység nem haladja meg az 5-öt. Ilyen téglalap (megadott beágyazási ablak) csak akkor tolódik el, ha a beágyazási mélység a bal széle által rögzített pillanattól meghaladja az 5-öt. A grafikonon látható, hogy a program elég hosszú ideig a megadott beágyazási tartományban marad, ami azt jelenti, hogy ez idő alatt a processzormag hozzáfér csak öt jelenlegi beágyazott eljárás parancsai. Számos magas szintű nyelven írt program tanulmányozása kimutatta, hogy az összes eljáráshívási utasításnak csak 1%-ának van 8-nál nagyobb beágyazási mélysége.

A linkek lokalizációjának tulajdonságát a jelenkori alkalmazások későbbi tanulmányai is megerősítik. Például a 2. ábrán. Az 5.2. ábra egyetlen webszerveren végzett oldalelérés statisztikai vizsgálatának eredményeit mutatja be.

Rizs. 5.2. Weboldalakra mutató hivatkozások lokalizálása

Aközött van különbség térbeli és időbeli lokalizáció. Alatt térbeli lokalizáció arra a tendenciára utal, hogy a hivatkozásokat a RAM címterének egy bizonyos klaszterébe (kötetébe) koncentrálják. Ez különösen a szomszédos RAM cellákban található parancsok végrehajtásakor történik, pl. a programvégrehajtás természetes sorrendjében. A térbeli lokalizáció a RAM egymást követő celláiban található strukturált adatkészletek elemeinek feldolgozásakor is megtörténik.

Alatt ideiglenes lokalizáció Az ugyanazon RAM-cellák (cellák egy csoportja) kellően hosszú ideig tartó elérésére való hajlamra utal. Ez történik például ismételt ciklusok végrehajtásakor, még akkor is, ha a ciklus törzse több eljárást tartalmaz (leggyakrabban egymásba ágyazva), amelyek a RAM különböző szegmenseiben találhatók. A lényeg az, hogy az ideiglenes lokalizáció lehetővé teszi a RAM bizonyos celláinak átmásolását valamilyen pufferbe, majd hosszú ideig történő munkavégzést.

Ezért lehetőség van a hierarchia különböző szintjeinek tárolóeszközei között oly módon elosztani az információkat, hogy a hierarchia alsó szintjeihez való hozzáférések aránya kisebb legyen, mint a felsőbb szintekhez való hozzáférések aránya. szinteket.

Térjünk vissza ismét a kétszintű memória példájához. Tételezzük fel, hogy az összes parancs és programadat egy 2. szintű tárolóeszközben van tárolva. Átmenetileg másoljuk át az aktuális klasztereket az 1. szintű tárolóeszközre. Időnként az átmásolt (és esetleg a programvégrehajtás során megváltozott) fürtök valamelyikét vissza kell küldeni a 2. szintű tárolóeszközre, és egy másik klasztert be kell másolni a kapott "ablakba". Átlagosan azonban a legtöbb hívás a program végrehajtása során azokra a fürtökre esik, amelyek már jelen vannak az első szintű tárolóeszközön.

Ugyanez az elv alkalmazható olyan rendszerben is, amely nem kettő, hanem három vagy több tárolóeszközzel rendelkezik a hierarchia különböző szintjén.

A leggyorsabb, de egyben a legkisebb térfogatú, valamint a legdrágább (a tárolt információ mennyiségéhez képest) a belső processzorregiszterekből álló memória lesz. Az ilyen regiszterek száma általában néhány tucatnyira korlátozódik, bár vannak olyan architektúrák, amelyek több száz regisztert tartalmaznak.

Néhány szinttel lejjebb található a számítógép RAM-ja. Minden RAM cellának egyedi attribútuma van - cím, továbbá a gépi utasításokban a feldolgozott adatok túlnyomó többségének azonosítására a RAM megfelelő elemének címét használják.

A modern számítógépekben a hierarchiában a RAM felett egy gyorsítótár található, amely jóval kisebb kapacitással rendelkezik, mint a RAM (és sokkal nagyobb, mint a processzormagok belső regiszterei), de néhány nagyságrenddel gyorsabb. teljesítmény. A cache memória általában rejtve van a programozó elől, pl. nem szabályozza az adatok cache-memóriában való elhelyezését, illetve semmilyen módon nem fér hozzá a programból. Ez a közbülső tárolóeszköz „készen tartja” a program azon adatait, utasításait, amelyekre nagy valószínűséggel a közeljövőben a processzormagnak szüksége lehet, és ezzel „simítja” az információáramlást a processzormagok regiszterei, ill. RAM.

A számítógépben a hierarchia első szintjének memória szerepét betöltő memóriaeszközök rendszerint felépítésüknél fogva statikus félvezető illékony eszközök. De mindegyiket általában olyan technológiával gyártják, amely optimális egyensúlyt biztosít a kapacitás, a sebesség és a költségek között egy adott memóriaszinthez. Az információk hosszú távú tárolására nagy kapacitású külső memóriaeszközöket használnak (az ilyen eszközökkel kapcsolatban gyakran használják ezt a kifejezést tömegmemória). Nagyon gyakran ezek merev mágneslemezek vagy szilárdtest-eszközök, amelyeket cserélhető adathordozókkal ellátott eszközök egészítenek ki - mágneses, optikai és magneto-optikai lemezek és mágnesszalag. A külső tárolóeszközök végrehajtható programok és feldolgozott adatok fájljait tárolják, és a programozó általában fájlokban vagy egyedi rekordokban hivatkozik erre az információra, nem pedig egyedi bájtokra vagy szavakra.

A hierarchikus szintek nem csak bizonyos eszközök számítógépes hardverbe való bevonásával szervezhetők, hanem szoftveresen is. A RAM egy részét az operációs rendszer pufferként használhatja a félvezető RAM és a külső lemezmemória közötti adatcseréhez. Ez a technika, amelyre a „lemezgyorsítótár” kifejezést kitalálták, két okból is hozzájárul a rendszer teljesítményének némi javulásához:

1. A lemezeken lévő felvételek világosan meghatározott fürtstruktúrával rendelkeznek. A pufferelés lehetővé teszi az adatok nagy, megközelítőleg egy fürttel megegyező átvitelét, ahelyett, hogy kis részletekben küldené el azokat a lemezmeghajtó mechanizmusának minden egyes alkalommal történő "húzásával".

2. Egyes lemezre írandó adatokat a program ismételten lekérheti (ez gyakran előfordul adatbázis-töredékekkel végzett munka során). Ezért kívánatos a gyors félvezető memóriában tárolni, ameddig csak lehetséges, és nem minden alkalommal lemezről olvasni.

tesztkérdések

1. Milyen funkciói vannak a memória alrendszernek egy számítógépben?

2. Sorolja fel a memória alrendszer követelményeit?

3. Hogyan viszonyulnak egymáshoz a memória alrendszerrel szemben támasztott alapvető követelmények?

4. Mi a memória nem-volatilitása?

5. Melyek a statikus félvezető memória főbb jellemzői.

6. Melyek a dinamikus félvezető memória főbb jellemzői?

7. Melyek a mágneses memória főbb jellemzői.

8. Miért lehetetlen egyetlen technológiával egy memória alrendszert megvalósítani egy nagy sebességű általános célú számítógépben?

9. Melyek a hierarchikus memória alrendszer szervezésének elvei?

10. Lehet-e egy RAM alrendszernek egy hierarchiaszintje?

11. Mi az a linkhonosítás?

12. Mi az időbeli lokalizáció?

13. Mi a térbeli lokalizáció?

Ha a szükséges értéket a KIT-től alacsonyabb költséggel szerzi meg, a vállalatok olcsóbb technológiába fektetnek be

Az ázsiai piac szerepének növekedése elsősorban Kína és India piacának köszönhető. Ez a két ország adja az ázsiai piac 65%-át. Jelenleg Kína technológiai vezető szerepre törekszik, Kína a csúcstechnológiás berendezések második legnagyobb piacává válik.

A pénzszállító gyártók egyesülése a termelési technológiák bonyolítása, az egyes gyártók számára „megfizethetetlenné” váló üzemek költségnövekedése következtében következik be.

a hazai piacok növekvő jelentősége a háztartási folyamatok automatizálásának köszönhető.

A mobiltechnológiai piac növekedése a laptop- és mobiltelefon-használók számának jelentős növekedését jelenti.

A szolgáltató szerepének növekedése a hálózatok rohamos fejlődésének köszönhető, mind a helyi, mind az interneten. Ebben az esetben kifizetődőbb, ha nem saját információforrást hoz létre, hanem a szolgáltatótól kéri le.

Információs rendszer (IS)- a cél elérése érdekében az információk tárolására, feldolgozására és kiadására szolgáló eszközök, módszerek és személyzet egymással összefüggő összessége. nyitott és zárt rendszerek. A rendszereknek két fő típusa van: zárt és nyitott. A zárt rendszernek merev, rögzített határai vannak, cselekvései viszonylag függetlenek a rendszert körülvevő környezettől. A nyitott rendszert a külső környezettel való interakció jellemzi. Az energia, az információ, az anyagok a rendszer átjárható határain keresztül a külső környezettel való csere tárgyai Az információfelhasználás jellege szerint az információs rendszerek feloszthatók: információkeresés és információs döntés rendszerek. Két alosztályt különböztethetünk meg: az irányítást és a tanácsadást. információs és referenciarendszerek (ISS) és adatfeldolgozó rendszerek (DDS). Az ISS feldolgozás nélkül keres információt. Az SOD keresést és információfeldolgozást is végez. strukturált (formalizált), strukturálatlan (nem formalizált), részben strukturált.

Az IS strukturális támogatása. Az IS-ek összetett felépítésűek, több kategóriájú erőforrásokat használnak fel, és különálló részekből, úgynevezett alrendszerekből állnak. Alrendszer- ez a rendszer része, bármilyen előjellel megkülönböztethető Az információs rendszer általános felépítése alrendszerek halmazának tekinthető, függetlenül a terjedelemtől. Ebben az esetben az ember arról beszél szerkezeti sajátosság osztályozásokat, az alrendszereket pedig biztosítónak nevezzük. Az alrendszerek biztosítják: műszaki, matematikai, információs, szoftveres, nyelvi, szervezeti, jogi és ergonómiai.Technikai támogatás - az információs rendszer működtetésére szolgáló technikai eszközkészlet, valamint ezen eszközök és technológiai folyamatok vonatkozó dokumentációja A technikai eszközkészlet a következőkből áll: bármilyen típusú számítógép; eszközök információ gyűjtésére, felhalmozására és kiadására; hálózati eszközök stb. Matematika és szoftver - matematikai módszerek, modellek, algoritmusok és programok összessége az információs rendszer céljainak és célkitűzéseinek megvalósításához, valamint a technikai eszközök komplexumának normál működéséhez. A matematikai szoftverek eszközei a következők: vezérlési folyamatok modellezésére szolgáló eszközök; tipikus ellenőrzési feladatok; matematikai programozási módszerek, matematikai statisztika stb. A szoftver a következőket tartalmazza: rendszerszoftver; Szerszámozás. Információs támogatás - az információk osztályozására és kódolására szolgáló egységes rendszer, egységes dokumentációs rendszerek, a szervezetben keringő információáramlás sémái, valamint az adatbázisok építésének módszertana. Az IP nyelvi támogatására magában foglalja a természetes és mesterséges nyelveket, valamint ezek nyelvi alátámasztásának eszközeit: a természetes nyelvek szókincsének szótárait, a tezauruszok (a nyelv alapfogalmainak speciális szótárai, amelyeket külön szavakkal vagy kifejezésekkel jelölnek) a tárgykörhöz, fordítószótárakat. stb. Szervezeti támogatás - olyan módszerek és eszközök összessége, amelyek szabályozzák a munkavállalók technikai eszközökkel és egymás közötti interakcióját az információs rendszer kialakítása és működtetése során. A szervezeti támogatás a következő funkciókat valósítja meg: a meglévő szervezetirányítási rendszer elemzése, ahol az IS kerül alkalmazásra, valamint az automatizálandó feladatok azonosítása stb. Jogi támogatás - az IS létrejöttét, jogállását és működését meghatározó, az információszerzés, átalakítás és felhasználás eljárását szabályozó jogi normarendszer. Ergonometrikus támogatás Ergonómia- tudományos és alkalmazott tudományág, amely hatékony, ember által irányított rendszerek tanulmányozásával és létrehozásával foglalkozik.

4. A személyi számítógép memóriájának hierarchiája

Az emlékezet hierarchiája- a számítástechnikában a számítógépek tervezése és programozása során használt kifejezés. Azt jelenti, hogy a különböző típusú memóriák egy hierarchiát alkotnak, amelynek különböző szintjein különböző hozzáférési idővel, összetettséggel, költséggel és térfogattal rendelkező memóriák találhatók. A memóriahierarchia felépítésének lehetősége abból adódik, hogy a legtöbb algoritmus minden időintervallumban hozzáfér egy kis adathalmazhoz, amely gyorsabb, de költségesebb és ezért kicsi memóriába helyezhető. A hierarchiának gyakran 4 fő szintje van: 1) Processzor belső memóriája (regiszterfájlba és processzor gyorsítótárba rendezett regiszterek). 2) Rendszer RAM és kiegészítő memóriakártyák. 3) másodlagos számítógép memória. Merevlemezek és szilárdtestalapú meghajtók. 4) Médiaváltást – vagy harmadlagos tárhelyet – igénylő meghajtók. Ide tartoznak a mágnesszalagok, a szalagos könyvtárak és a lemezkönyvtárak. A legtöbb modern PC-ben a következő memóriahierarchiát veszik figyelembe: Processzor regiszterek; 1. szintű processzor gyorsítótár (L1); Processzor gyorsítótár szintje 2 (L2); 3. szintű processzor gyorsítótár (L3); rendszer RAM; Lemeztároló; harmadlagos memória.

5. Személyi számítógép konfigurációja

Alatt konfigurációt megérteni az összetevők egy bizonyos halmazát, azok célja, száma és főbb jellemzői alapján. A konfiguráció gyakran a hardver, a szoftver, a firmware és a támogató dokumentáció kiválasztását jelenti. A konfiguráció befolyásolja a számítógép működését és teljesítményét. A személyi számítógépeknek 4 fő hardvere van: Alaplap koordinátorként működik. Lapkakészlet- mikroprocesszor komplexum menedzselő vnutr. számítógépes rendszerek. A lapkakészlet határozza meg az alaplap főbb jellemzőit. CPU RAM(RAM) felelős az adatok ideiglenes tárolásáért, amikor a számítógép be van kapcsolva. ROM (csak olvasható memória) Az adatok hosszú távú tárolására tervezték, amikor a számítógép ki van kapcsolva. Opcionális tápegység: HDD- a fő eszköz nagy mennyiségű adat és programok hosszú távú tárolására, speciális hardver-logikai eszközt hajt végre. A fő paraméterek a kapacitás és a teljesítmény. Hangtábla.

6. A szoftverek általános osztályozása.

Szoftver felhasználási terület szerint osztva: 1 ) autonóm számítógépek és számítógépes hálózatok hardverei; 2 ) különböző tantárgyi területek funkcionális feladatai; 3 ) szoftverfejlesztési technológia. szoftver mellékelve: 1 ) rendszer szoftver; 2 ) alkalmazási szoftvercsomagok; 3 ) programozási technológiai eszközök. Rendszer szoftver- a személyi számítógép és a számítógépes hálózatok működését biztosító programok és szoftverrendszerek összessége. Alkalmazási csomagok- egymással összefüggő programok és szoftverrendszerek komplexuma, amelyek technológiát biztosítanak az elkészített szoftvertermékek fejlesztéséhez, hibakereséséhez és megvalósításához. A rendszerszoftvert tartalmazza: 1. alapszoftver: - operációs rendszerek (OS); OS shell programok; -hálózati OS 2. szervizszoftver.

7. A szoftver minőségének értékelésére szolgáló mutatók. Megbízhatósági mutatók. megbízhatóság- ez a program képessége meghatározott alkalmazási területeken. adott funkciókat. Műszaki hibák okozta üzemi környezeti eltérés esetén a programdokumentumoknak megfelelően. eszközök, hibák a bemeneti adatokban, szolgáltatási hibák és egyéb destabilizáló eltérések. Működési fenntarthatóság az eltérés bekövetkezte után a munka folytatásának képessége. teljesítmény- ez a program azon képessége, hogy a megadott üzemmódokban és feldolgozott információk mennyiségében működjön, hibák nélkül

8. A szoftver minőségének értékelésére szolgáló mutatók. A karbantarthatóság mutatói. Bemutatott minőségi mutatók. többszintű szerkezet, és ispolz. mind a programok tesztelői által végzett fejlesztés, mind a vásárlók által az ügyfelek által. Az egyik mutató yavl. karbantarthatóság- ez a programhibák egyszerű kiküszöbölése, a szoftver dokumentációjának naprakészen tartása és frissítése. egy Strukturáltság- az összes rész egyetlen logikai struktúrába szervezése. 2 Egyszerűség konstrukciók - a programok felépítése a legracionálisabb módon, az észlelés és a megértés szempontjából. 3 láthatóság. 4 Ismételhetőség– szabványos tervezési megoldások vagy alkatrészek használatának mértéke. 5 A dokumentáció teljessége.

9. A szoftver minőségének értékelésére szolgáló mutatók. Használhatósági mutatók. Bemutatott minőségi mutatók. többszintű szerkezet, és ispolz. mind a programok tesztelői által végzett fejlesztés, mind a vásárlók által az ügyfelek által. Az egyik mutató yavl. Egyszerű használat- ezek a program azon tulajdonságai, amelyek minimális munkaerőköltséggel, a megoldandó feladatok jellegét és a karbantartó személyzet képesítési követelményeit figyelembe véve hozzájárulnak az alkalmazás és az üzemeltetés gyors fejlődéséhez 1 Könnyű fejlesztés. 2 Szoftverdokumentáció elérhetősége. 3 Könnyű használat és karbantartás.

10. Szoftverminőség-értékelés mutatói. Hatékonyság.Hatékonyság(Hatékonyság) - a felhasználó adatfeldolgozási igényeivel való elégedettség mértéke, figyelembe véve a gazdasági, munkaerő-erőforrásokat és az információfeldolgozó rendszer erőforrásait; a szoftver azon képessége, hogy a szükséges szintű teljesítményt nyújtsa a hozzárendelt erőforrásoknak, időnek és egyéb meghatározott feltételeknek megfelelően.

Típusai: 1) Az automatizálás szintje 2) Időhatékonyság - feldolgozási sebesség egy bizonyos ideig 3) Erőforrás intenzitás - a személyzet száma, tech. A folyamat végrehajtásának eszközei.