Registro
sistema de memoria de nivel superior es en registros de la CPU. Ellos CPU con el mismo material, de modo tan rápido como la CPU. Obviamente, el acceso a ellos hay ningún retraso. capacidad de almacenamiento típico en la CPU 32 es de 32 × 32 bits, una CPU de 64 bits como de 64 × 64 bits. En ambos casos, una capacidad de almacenamiento de menos de 1 KB. Estos programas de autogestión deben inscribirse en el software (es decir, decidir cómo usarlos).
cache
La siguiente capa es una memoria caché, la mayoría de la cual es controlada por el hardware. La memoria principal se divide en una línea de caché (línea de caché), el tamaño típico de 64 bytes, direcciones 0 a 63 correspondiente a líneas de caché 0, de 64 a 127 que corresponden a las líneas de caché de direcciones 1, y así sucesivamente. La línea de caché más comúnmente utilizado se coloca en estrecha proximidad dentro de la CPU o CPU caché. Cuando un programa tiene que leer una palabra de memoria, la necesaria línea de caché comprobaciones de hardware caché está en la caché. Si es así, se llama un acierto de caché, una memoria caché para satisfacer la solicitud, a través del bus no es necesario que las solicitudes de acceso se envían a la memoria principal. Acierto de caché por lo general toma dos ciclos de reloj. Caché pierde la memoria de acceso imprescindible, que una gran cantidad de tiempo para pagar el precio. Dado que la memoria caché es caro, por lo que su tamaño limitado. Algunas máquinas tienen dos o incluso tres caché, cada nivel de caché de una capacidad lento y mayor que antes.
Caché juega un papel importante en muchas áreas de la informática, no sólo RAM línea de caché. Mientras que hay una gran cantidad de recursos se puede dividir en partes más pequeñas, a continuación, algunos de estos recursos se llega a utilizar que otras partes con mayor frecuencia, por lo general el uso de la caché traerá mejoras en el rendimiento. El sistema operativo ha estado en uso caché. Por ejemplo, la mayoría de los sistemas operativos permanecen en la memoria de archivo utilizado con frecuencia (parte), con el fin de evitar la extracción repetida de los archivos del disco. Del mismo modo, como este:
/home/ast/projects/minix3/src/kernel/
La conversión de nombres de ruta largos para hacer frente a los resultados del disco en el que los archivos se pueden colocar en la memoria caché, encontrar la dirección a la duplicación evitar. Además, cuando una traducción de direcciones de la página web (URL) es la dirección de red (dirección IP), este resultado de la conversión puede ser almacenado en caché para su uso futuro. Hay muchas otras aplicaciones similares.
En cualquier sistema de almacenamiento en caché, hay que considerar varios aspectos tan pronto como sea posible, incluyendo:
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Cuando un nuevo contenido en la memoria caché.
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El nuevo contenido sobre el que la línea de caché.
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Cuando sea necesario, el contenido que debe ser eliminado de la caché.
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El nuevo contenido debe ser retirado dónde poner una memoria más grande.
no es la solución a todos los problemas están en línea con cada uno de caché. Para una línea de caché de la memoria caché de la CPU principal, siempre que haya un fallo de caché, el nuevo contenido será transferido. línea de caché es generalmente alta computando las direcciones de memoria que deben ser utilizados como referencia por. Por ejemplo, para una línea de 64 bytes caché de 4096, y una dirección de 32 bits, en la que de 6 a 17 bits se utiliza para la línea de caché, mientras que los bits 0-5 se utilizan para determinar la línea de caché en bytes. En este ejemplo, la posición es contenido eliminado es nuevos datos para entrar en el lugar, pero en algunos sistemas puede no ser el caso. Por último, cuando el contenido de una línea de caché se re-escriben en la memoria principal (después de que el contenido se almacena en caché, puede ser modificado), para determinar de forma única la necesidad de volver a escribir la ubicación de memoria principal en esa dirección.
Caché es una buena manera, de modo de diseño moderno con dos CPU caché. O la primera etapa siempre se conoce como caché L1 en la CPU, que ha sido utilizado generalmente para la instrucción decodificada transferido al motor de ejecución de la CPU. Para aquellas palabras de datos utilizados con frecuencia, la mayoría de los chips dispuestos con una segunda caché L1. El tamaño típico de caché L1 es 16KB. Además, a menudo también se ha diseñado con dos caché, la memoria caché L2 se llama, que se utiliza para almacenar utilizados recientemente varios megabytes de memoria de palabra. La diferencia entre L1 y L2 caché que el tiempo. El acceso a la caché L1, la ausencia de cualquier retraso; acceso a la caché L2, el retardo será 1 o 2 ciclos de reloj.
En el chip multi-núcleo. Los diseñadores deben determinar la ubicación de la memoria caché. En la Fig. 1-8a, una memoria caché L2 compartida por todo el núcleo. Intel multinúcleo los chips que utilizan este método. Por el contrario, en la Fig. 1-8b, cada núcleo tiene su propia caché L2. AMD utilizando este método. Sin embargo, cada estrategia tiene sus propias ventajas y desventajas. Por ejemplo, la caché L2 compartida de Intel requiere un controlador de memoria caché más sofisticado, forma de tratar de mantener a las dificultades en la coherencia de caché L2 de AMD.
La memoria principal
En la jerarquía de las figuras. 1-9, uno en la memoria principal y luego hacia abajo. Este es el sistema de memoria principal. La memoria principal comúnmente se conoce como una memoria de acceso aleatorio (Random Access Memory, RAM). Durante la última a veces referido como memoria de núcleo magnético, debido a que en los años 1950 y 1960, el uso de depósito primario magnetizable ferromagnético pequeña. En la actualidad, la capacidad de la memoria entre varios cientos de megabytes a varios gigabytes, y su capacidad está creciendo rápidamente. No se puede cumplir de todas las solicitudes de acceso a la caché transferidos a la memoria principal.
Además de la memoria principal, muchos equipo ya usando una pequeña cantidad de memoria de acceso aleatorio no volátil. A diferencia de la RAM, la cual, después de que la energía se corta, la memoria de acceso aleatorio no volátil no pierde su contenido. ROM (memoria de sólo lectura, ROM) se completó en la fábrica programada, entonces ya no se puede modificar. ROM es rápido y barato. En algunos equipos, el equipo para el inicio del módulo del gestor de arranque almacenado en la ROM. Además, algunos de E / S tarjetas de E tienen la ROM subyacente equipo de control de proceso.
EEPROM (PROM eléctricamente borrable, programable y borrable eléctricamente ROM) y una memoria flash (memoria flash) no son volátiles, pero al contrario de la ROM, que puede borrar y reescribir. Sin embargo, tienen que volver a escribir, por lo que su memoria RAM y ROM uso mismo orden de magnitud mayor que el tiempo de la escritura, y sus características distintivas hacen posible corregir el camino a través del campo de reescritura de errores de programa almacenado.
En el dispositivo electrónico portátil, típicamente una memoria flash como medio de almacenamiento. La memoria flash es una cámara digital en la película, es un disco reproductor de música portátil, esto es sólo un destello en el uso de los dos. Parpadear entre la memoria RAM y la velocidad del disco. Además, el almacenamiento en disco es diferente si demasiado, se usa el número de borrado flash.
Otro tipo de memoria es CMOS, que es volátil. Muchos ordenadores utilizan memoria CMOS para mantener la fecha y hora actuales. memoria CMOS e incrementando el circuito de reloj de tiempo es impulsado por una pequeña batería, por lo tanto, incluso si el equipo no está encendido, el tiempo todavía puede ser actualizado correctamente. memoria CMOS también puede guardar los parámetros de configuración, como por ejemplo, que es un disco de arranque y así sucesivamente. CMOS ha sido adoptado porque consume muy poca energía, una batería instalada en fábrica a menudo puede utilizar un número de años. Sin embargo, cuando la batería comienza a fallar, el equipo será "enfermedad de Alzheimer" fuera de la memoria del ordenador se olvidará de los años de las cosas, como qué disco debe ser el principio y así sucesivamente.
Disco (HDD)
El siguiente nivel es el disco (HDD). En comparación con el disco RAM, cada bit de dos órdenes de magnitud menor costo, y con frecuencia hay dos órdenes de magnitud mayor capacidad. El único problema es que el disco aleatoria de datos de tiempo de acceso alrededor de tres órdenes de magnitud más lento. La razón es que el disco de baja velocidad es un dispositivo mecánico.
Uno o más discos metálicos en un disco, que gira a una velocidad de 10 800 rpm o 5400,7200. A partir del borde tiene un brazo de robot a través del que cuelga en el disco, similar al antiguo tocadiscos tono brazo de plástico 33 a su vez en el reproductor. La información contenida en el disco en una serie de círculos concéntricos. En cualquier posición dada del brazo, cada sección de la cabeza puede leer una región anular, llamados pistas (pista). Todas las pistas en una posición dada del brazo combinan juntos para formar un cilindro (cilindro).
Cada pista está dividida en varios sectores, un valor típico del sector es de 512 bytes. En disco moderno que el interior cilíndrica exterior de las más sectores comparativos cilindros. Brazo robótico para moverse de un cilindro cilindro adyacente dura aproximadamente 1 ms. Un cilindro para mover tiempo típico al azar de 5 ms a 10 ms, el tiempo específico en función de la unidad. Una vez que el brazo magnético alcanza la pista correcta, la unidad debe esperar a que la rotación deseada al sector bajo la cabeza, lo que aumenta los 5 ms a 10 ms de retardo, en particular de retardo que depende de la velocidad de la unidad. Una vez que el sector deseado bajo la cabeza para mover, empieza a leer y escribir, la tasa de disco de gama baja de 5 MB / s, mientras que la tasa de disco de alta velocidad es de 160 MB / s.
Muchos ordenador conocido soporta un mecanismo de memoria virtual, que será discutido en el capítulo 3. Este mecanismo hace que el programa de ejecución es mayor que la memoria física puede ser deseado, que es el programa en el disco, mientras que la memoria principal como memoria caché, que se utiliza para almacenar las piezas de uso más frecuente del programa. Este mecanismo debe abordar rápidamente la memoria de imagen, con el fin de convertir la dirección generada para la dirección física de bytes programa correspondiente en la RAM. Esta imagen se compone de uno de los miembros de la CPU, llamado una unidad de gestión de memoria (Memory Management Unit, MMU) para completar.
Aparece almacenar en caché y la MMU tiene una influencia importante en el rendimiento del sistema. En un sistema de multiprogramación, cambiar de un programa a otro, a veces referido como el cambio de contexto (cambio de contexto), es necesario que todo el bloque de caché modificado para ser escrita de nuevo a la operación de disco, y la modificación de la imagen en la MMU registrar. "Sin embargo, el costo de estas dos operaciones son muy caros, por lo que los programadores tratar de evitar el uso de estas operaciones. Vamos a ver el efecto de estas operaciones generadas después.
cinta magnética
La última capa en el sistema de memoria es una cinta magnética. Este medio se utiliza a menudo para los discos de copia de seguridad, y se puede ahorrar grandes conjuntos de datos. Antes de acceder a la cinta, la cinta debe unido a la unidad de cinta, el robot también se puede montar la instalación manual (montado generalmente en grandes bases de datos de dispositivos de procesamiento automático de la cinta). Entonces, la cinta también puede ser necesaria para leer los datos que orbitan hacia adelante el bloque solicitado. En resumen, todo este trabajo toma unos pocos minutos. La característica más importante de la cinta es el coste por bit es extremadamente barato, y es extraíble, lo que para el fin de sobrevivir incendios, inundaciones, terremotos y otros desastres, almacenamiento fuera del sitio de cintas de respaldo debe ser, es muy importante.
Ya hemos hablado de la arquitectura de memoria es típico, pero algunos sistemas no tienen que instalar todos estos niveles, o algunas diferencias (como CD-ROM). Sin embargo, en todos los sistemas, cuando el nivel desciende, su tiempo de acceso aleatorio se incrementa significativamente, la capacidad es también aumentó significativamente, mientras que el coste por bit se reduce significativamente. Como resultado, esta arquitectura de memoria parece que tiene que estar con nosotros durante muchos años.
