Στο σχεδιασμό του συστήματος υπολογιστή, επεξεργαστής , καθώς και μεγάλη ποσότητα συσκευών μνήμης, έχει χρησιμοποιηθεί. Ωστόσο, το κύριο πρόβλημα είναι ότι αυτά τα ανταλλακτικά είναι ακριβά. Ετσι το οργάνωση μνήμης του συστήματος μπορεί να γίνει με ιεραρχία μνήμης. Έχει πολλά επίπεδα μνήμης με διαφορετικούς ρυθμούς απόδοσης. Αλλά όλα αυτά μπορούν να παρέχουν έναν ακριβή σκοπό, έτσι ώστε ο χρόνος πρόσβασης να μπορεί να μειωθεί. Η ιεραρχία μνήμης αναπτύχθηκε ανάλογα με τη συμπεριφορά του προγράμματος. Αυτό το άρθρο περιγράφει μια επισκόπηση της ιεραρχίας μνήμης στην αρχιτεκτονική του υπολογιστή.
Τι είναι η ιεραρχία μνήμης;
Η μνήμη σε έναν υπολογιστή μπορεί να χωριστεί σε πέντε ιεραρχίες με βάση την ταχύτητα και τη χρήση. Ο επεξεργαστής μπορεί να κινηθεί από το ένα επίπεδο στο άλλο με βάση τις απαιτήσεις του. Οι πέντε ιεραρχίες στη μνήμη είναι καταχωρητές, προσωρινή μνήμη, κύρια μνήμη, μαγνητικοί δίσκοι και μαγνητικές ταινίες. Οι τρεις πρώτες ιεραρχίες είναι ευμετάβλητες αναμνήσεις που σημαίνουν όταν δεν υπάρχει ισχύς και έπειτα αυτόματα χάνουν τα αποθηκευμένα δεδομένα τους. Ενώ οι δύο τελευταίες ιεραρχίες δεν είναι ασταθείς που σημαίνει ότι αποθηκεύουν τα δεδομένα μόνιμα.
Ένα στοιχείο μνήμης είναι το σύνολο των συσκευές αποθήκευσης που αποθηκεύει τα δυαδικά δεδομένα στον τύπο των bit. Γενικά, η αποθήκευση της μνήμης μπορεί να ταξινομηθεί σε δύο κατηγορίες όπως πτητικές καθώς και μη πτητικές.
Ιεραρχία Μνήμης στην Αρχιτεκτονική Υπολογιστών
ο σχεδιασμός ιεραρχίας μνήμης σε ένα σύστημα υπολογιστή περιλαμβάνει κυρίως διαφορετικές συσκευές αποθήκευσης. Οι περισσότεροι από τους υπολογιστές ήταν ενσωματωμένοι με επιπλέον χώρο αποθήκευσης για να λειτουργούν πιο δυνατά πέρα από την κύρια χωρητικότητα μνήμης. Το ακόλουθο διάγραμμα ιεραρχίας μνήμης είναι μια ιεραρχική πυραμίδα για τη μνήμη του υπολογιστή. Ο σχεδιασμός της ιεραρχίας μνήμης χωρίζεται σε δύο τύπους όπως η κύρια (εσωτερική) μνήμη και η δευτερεύουσα (εξωτερική) μνήμη.
Ιεραρχία μνήμης
Κύρια μνήμη
Η κύρια μνήμη είναι επίσης γνωστή ως εσωτερική μνήμη και αυτό είναι προσβάσιμο απευθείας από τον επεξεργαστή. Αυτή η μνήμη περιλαμβάνει κύρια, cache, καθώς και καταχωρητές CPU.
Δευτερεύουσα μνήμη
Η δευτερεύουσα μνήμη είναι επίσης γνωστή ως εξωτερική μνήμη και αυτό είναι προσβάσιμο από τον επεξεργαστή μέσω μιας μονάδας εισόδου / εξόδου. Αυτή η μνήμη περιλαμβάνει έναν οπτικό δίσκο, μαγνητικό δίσκο και μαγνητική ταινία.
Χαρακτηριστικά της Ιεραρχίας Μνήμης
Τα χαρακτηριστικά της ιεραρχίας μνήμης περιλαμβάνουν κυρίως τα ακόλουθα.
Εκτέλεση
Προηγουμένως, ο σχεδιασμός ενός συστήματος υπολογιστή έγινε χωρίς ιεραρχία μνήμης, και το κενό ταχύτητας μεταξύ της κύριας μνήμης καθώς και των καταχωρητών CPU αυξάνεται λόγω της τεράστιας ανισότητας στο χρόνο πρόσβασης, το οποίο θα προκαλέσει τη χαμηλότερη απόδοση του συστήματος. Έτσι, η βελτίωση ήταν υποχρεωτική. Η βελτίωση αυτού σχεδιάστηκε στο μοντέλο ιεραρχίας μνήμης λόγω της αύξησης της απόδοσης του συστήματος.
Ικανότητα
Η ικανότητα της ιεραρχίας μνήμης είναι το συνολικό ποσό δεδομένων που μπορεί να αποθηκεύσει η μνήμη. Διότι όποτε αλλάζουμε από πάνω προς τα κάτω μέσα στην ιεραρχία της μνήμης, τότε η χωρητικότητα θα αυξάνεται.
Χρόνος πρόσβασης
Ο χρόνος πρόσβασης στην ιεραρχία της μνήμης είναι το χρονικό διάστημα μεταξύ της διαθεσιμότητας δεδομένων καθώς και του αιτήματος ανάγνωσης ή εγγραφής. Διότι όποτε αλλάζουμε από πάνω προς τα κάτω μέσα στην ιεραρχία της μνήμης, τότε ο χρόνος πρόσβασης θα αυξάνεται
Κόστος ανά bit
Όταν αλλάζουμε από κάτω προς τα πάνω μέσα στην ιεραρχία της μνήμης, τότε το κόστος για κάθε bit αυξάνεται, πράγμα που σημαίνει ότι μια εσωτερική μνήμη είναι ακριβή σε σύγκριση με την εξωτερική μνήμη.
Σχεδιασμός Ιεραρχίας Μνήμης
Η ιεραρχία μνήμης στους υπολογιστές περιλαμβάνει κυρίως τα ακόλουθα.
Μητρώα
Συνήθως, ο καταχωρητής είναι μια στατική μνήμη RAM ή SRAM στον επεξεργαστή του υπολογιστή που χρησιμοποιείται για τη συγκράτηση της λέξης δεδομένων που είναι συνήθως 64 ή 128 bit. Ο μετρητής προγράμματος εγγραφή είναι το πιο σημαντικό καθώς και σε όλους τους επεξεργαστές. Οι περισσότεροι από τους επεξεργαστές χρησιμοποιούν έναν κατάλογο λέξεων κατάστασης καθώς και έναν συσσωρευτή. Ένας κατάλογος λέξεων κατάστασης χρησιμοποιείται για τη λήψη αποφάσεων και ο συσσωρευτής χρησιμοποιείται για την αποθήκευση δεδομένων όπως η μαθηματική λειτουργία. Συνήθως, οι υπολογιστές αρέσουν υπολογιστές σύνθετων οδηγιών έχουν τόσα πολλά μητρώα για αποδοχή κύριας μνήμης και RISC - σύνολο εντολών μειωμένο οι υπολογιστές έχουν περισσότερα μητρώα.
Προσωρινή μνήμη
Η μνήμη cache μπορεί επίσης να βρεθεί στον επεξεργαστή, ωστόσο σπάνια μπορεί να είναι άλλη IC (ολοκληρωμένο κύκλωμα) που χωρίζεται σε επίπεδα. Η προσωρινή μνήμη κρατά το κομμάτι των δεδομένων που χρησιμοποιούνται συχνά από την κύρια μνήμη. Όταν ο επεξεργαστής έχει έναν πυρήνα τότε σπάνια θα έχει δύο (ή) περισσότερα επίπεδα προσωρινής μνήμης. Οι παρόντες πολυπύρηνοι επεξεργαστές θα έχουν τρία, 2 επίπεδα για κάθε έναν πυρήνα και ένα επίπεδο είναι κοινόχρηστο.
Κύρια μνήμη
Η κύρια μνήμη στον υπολογιστή δεν είναι παρά η μονάδα μνήμης της CPU που επικοινωνεί απευθείας. Είναι η κύρια μονάδα αποθήκευσης του υπολογιστή. Αυτή η μνήμη είναι γρήγορη καθώς και μεγάλη μνήμη που χρησιμοποιείται για την αποθήκευση των δεδομένων καθ 'όλη τη διάρκεια λειτουργίας του υπολογιστή. Αυτή η μνήμη αποτελείται από RAM και ROM.
Μαγνητικοί δίσκοι
Οι μαγνητικοί δίσκοι στον υπολογιστή είναι κυκλικές πλάκες κατασκευασμένες από πλαστικό αλλιώς μέταλλο από μαγνητισμένο υλικό. Συχνά χρησιμοποιούνται δύο όψεις του δίσκου, καθώς πολλοί δίσκοι μπορούν να στοιβάζονται σε έναν άξονα με κεφαλές ανάγνωσης ή εγγραφής που λαμβάνονται σε κάθε επίπεδο. Όλοι οι δίσκοι στον υπολογιστή περιστρέφονται από κοινού σε υψηλή ταχύτητα. Τα κομμάτια στον υπολογιστή δεν είναι παρά κομμάτια που αποθηκεύονται στο μαγνητισμένο επίπεδο σε σημεία δίπλα σε ομόκεντρους κύκλους. Αυτά συνήθως χωρίζονται σε τμήματα που ονομάζονται τομείς.
Μαγνητική ταινία
Αυτή η ταινία είναι μια κανονική μαγνητική εγγραφή η οποία έχει σχεδιαστεί με ένα λεπτό μαγνητίσιμο κάλυμμα σε μια εκτεταμένη, πλαστική μεμβράνη της λεπτής ταινίας. Αυτό χρησιμοποιείται κυρίως για τη δημιουργία αντιγράφων ασφαλείας τεράστιων δεδομένων. Κάθε φορά που ο υπολογιστής απαιτεί πρόσβαση σε μια ταινία, πρώτα θα τοποθετηθεί για πρόσβαση στα δεδομένα. Μόλις τα δεδομένα επιτρέπονται, τότε θα αποσυνδεθούν. Ο χρόνος πρόσβασης στη μνήμη θα είναι πιο αργός εντός της μαγνητικής ταινίας, καθώς θα χρειαστούν λίγα λεπτά για την πρόσβαση σε μια ταινία.
Πλεονεκτήματα της Ιεραρχίας Μνήμης
Η ανάγκη για ιεραρχία μνήμης περιλαμβάνει τα ακόλουθα.
- Η διανομή μνήμης είναι απλή και οικονομική
- Αφαιρεί την εξωτερική καταστροφή
- Τα δεδομένα μπορούν να εξαπλωθούν παντού
- Επιτρέπει τη σελιδοποίηση ζήτησης και την προ-σελιδοποίηση
- Η ανταλλαγή θα είναι πιο αποτελεσματική
Επομένως, αυτό είναι όλο ιεραρχία μνήμης . Από τις παραπάνω πληροφορίες, τέλος, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι χρησιμοποιείται κυρίως για τη μείωση του κόστους bit, της συχνότητας πρόσβασης και για την αύξηση της χωρητικότητας, του χρόνου πρόσβασης. Επομένως, εξαρτάται από τον σχεδιαστή πόσο χρειάζονται αυτά τα χαρακτηριστικά για την ικανοποίηση των αναγκών των καταναλωτών τους. Εδώ είναι μια ερώτηση για εσάς, ιεραρχία μνήμης στο λειτουργικό σύστημα ;
