Организация оперативной памяти

Кэширование дисков.

Этот термин означает использование небольшой, но быстродействующей памяти, для того что бы уменьшить количество обращений к более медленной памяти большого объема. В роли КЭШа здесь выступает массив буферов, размещенный в системной памяти. Каждый буфер состоит из заголовка и блока данных соответствующему по размеру блока диска. Заголовок содержит адрес блока диска, копия которого в данный момент находится в буфере и несколько флагов, характеризующих состояние буфера. Когда система получает запрос на чтение или запись определенного блока данных диска, она прежде всего проверяет не содержится ли в данный момент копия этого блока в одном из буферов кэша. Для этого требуется выполнить поиск по заголовкам буферов, если блок найден в КЭШе, то обращение к диску выполнятся не будет. В случае записи данных, следуя так же заголовкам буфера, отметить с помощью спец флага что буфер стал «грязным», то есть его содержимое не соответствует данным на диске. Если требуемый блок диска не найден в КЭШе, то для него должен быть выделен буфер. Общее количество буферов кэша ограничено, что бы отдать один из них под требуемый блок, нужно вытянуть из кэша один из блоков которые там хранились, при этом есть вытесняемый блок «грязный». То он должен быть очищен, то есть, записан на диск. При вытеснении чистого блока никаких операция с диском выполнять не требуется.

Три случая очистки «грязных» буферов:

1. Выбор блока для вытеснения из кэша.

2. Закрытие файла, которые относятся к грязному буферу.

3. Операция очистки всех буферов, либо только буферов относящихся к определенному файлов.

17.10.2012

Оперативная память это рабочая область для ЦП ПК. В ПК используется запоминающие устройства 3х типов:

1. ROM – это ПЗУ не способное выполнять операцию записи данных.

2. DRAM – Это динамическое ЗУ с произвольным порядком выборки.

3. SRAM – Статическая Оперативная память.

Память типа ROM является энергонезависимой, в ней умещаются команды запуска ПК.

В памяти DRAM преимущество состоит в том, что ее ячейки упакованы очень плотно, что позволяет построить память большой емкости. Ячейки в этой памяти – крошечные конденсаторы, которые удерживают заряды. Наличием или отсутствием зарядов кодируется бит. Недостатком данной памяти в том, что она динамическая, то есть должна постоянно регенерировать электрические заряды в конденсаторе.

Память типа SRAM в отличии от DRAM не требует периодической регенерации и может работать на частоте ЦП. На хранение каждого бита в конструкции SRAM используется кластер из 6 транзисторов.

ОЗУ всегда строится из отдельных модулей памяти, которые имеют свое собственное электронное обрамление (то есть устройство, обеспечивающее запись, выборку, чтение). Структура модуля памяти определяется способом организации ОЗУ. Существуют 3 разновидности организации ОЗУ:

1. Адресная память

2. Память со стековой организацией

3. Ассоциативная память

В адресной памяти размещение и поиск информации в запоминающем массиве (ЗМ) базируется на основе адреса. ЗМ элементы содержат неизвестное количество слов неизвестного разряда (n), которые пронумерованы от 0 до n-1. Электронное обрамление включает в себя регистры для хранения адреса памяти (РАП), регистр информации памяти (РИП), схемы адресной выборки, разрядные усилители для чтения и записи.

Цикл работы памяти инициируется сигналом обращения памяти. При инициировании обращения производится дешифрация адреса схемы адресной выборки. Если задана операция чтения, то активизируется усилитель считывания и информация через него передается в РИП. Если память требует динамической регенерации, то после РИП все поступает в РАП. Если происходит операция записи, то активизируется усилитель записи, который обеспечивает запись из РИП в нужное место памяти.

В стековой организации запись нового слова поступившего с входной информационной шины производится в нулевую ячейку, которая является выходной информационной шиной, при этом все ранее записанные слова, включая слово в ячейке 0, сдвигаются вниз в соседние ячейки, номера которых на единицу больше, считывание возможно только из нулевой ячейки. Основной режим это считывание с удалением. Обычно аппаратный стек снабжается счетчиком стека, показывающим общее количество занесенных в память слов. При заполнении стека полностью он запрещает дальнейшие операции записи. Стековая организация данных возможна и на обычной адресной памяти с произвольным обращением (программный стек). Для организации стека в этом случае необходима еще одна ячейка памяти, в которой всегда хранится адрес вершины стека, она называется указательным стеком. Обычно в качестве указателя стека используется один из внутренних регистров ЦП, кроме того требуется соответствующее ПО. В отличии от аппаратного стека, данные которые размещены в программном стеке при записи нового слова или считывания не перемещаются, запись каждого нового слова осуществляется в ячейке памяти следующей по порядку за той, адрес которой содержится в указателе стека, при этом указатель стека увеличивается на единицу. Таким образом, в программном стеке перемещаются не данные, а вершина стеков.

В ассоциативной памяти поиск информации происходит не по адресу, а по ее содержанию. Под содержанием информации в данном случае принимается побитовый состав записанного двоичного слова. При этом ассоциативный запрос, так же представляет собой двоичный код с определенным побитовым составом. Поиск по ассоциативному запросу происходит параллельно по времени для всех ячеей ЗМ, и представляет собой операцию сравнения содержимого разрядов регистра запроса с содержимым соответствующих разрядов в ячейке памяти. Ассоциативный поиск можно реализовать и в ПК с обычной адресной памятью последовательно в ячейке адреса в ЦП и сравнивая их с некоторым ассоциативным шаблоном.