KLJUČNE TEZE
Računarska memorija je hijerarhijski organizovana. Na najvišem nivou (najbliže procesoru)
nalaze se procesorski registri. Zatim dolazi jedan ili više nivoa keš memorije. Kada se koristi
više nivoa, oni se označavaju sa Ll, L2 itd. Zatim dolazi glavna memorija, koja se obično
pravi od dinamičke memorije sa slučajnim pristupom (DRAM). Sve do sada spomenute
memorije smatraju se unutrašnjim memorijama računarskog sistema. Hijerarhija se nastavlja
spoljašnjom memorijom, čiji je sledeći nivo obično fiksirani čvrsti disk i jedan ili više nivoa
ispod njega, koji se sastoje od izmenljivih medijuma, kao što su optički diskovi i trake.
Kako idemo niz memorijsku hijerarhiju, nailazimo na smanjivanje cene po bitu, povećavanje
kapaciteta i duže vreme pristupa. Bilo bi lepo koristiti samo najbržu memoriju, ali, imajući u
vidu da je ona najskuplja, pravimo kompromis vremena pristupa i cene, više koristeći sporiju
memoriju. Izazov za projektovanje je da se podaci i programi organizuju u memoriji tako da
su memorijske reči kojima se pristupa obično u bržoj memoriji.
Uopšte, verovatno je da će većina budućih pristupanja procesora glavnoj memoriji biti ka
onim lokacijama kojima se nedavno pristupalo. Zato se u keš memoriji zadržavaju kopije
nekih nedavno korišćenih reči iz DRAM memorije. Ako je keš projektovan kako treba, onda
će u većini slučajeva procesor zahtevati memorijske reči koje se već nalaze u kešu.
Mada je naizgled konceptualno jednostavna, računarska memorija ima možda najširi opseg vrsta,
tehnologije, organizacije, performanse i cene od svih svojstava računarskog sistema. Posledica toga
je da je računarski sistem opremljen hijerarhijom memorijskih podsistema, od kojih su neki
unutrašnji za sistem (direktno pristupačni procesoru), a neki spoljašnji (pristupačni procesoru preko
U/I modula).
.
bitova koji se koriste da bi se predstavio ceo broj i dužina instrukcije. Nažalost, ima mnogo
izuzetaka. Na primer, CRAY C90 ima 64-bitnu dužinu reči, ali koristi 46-bitnu predstavu
celog broja. VAX ima fantastično šarenilo dužina instrukcija, izraženih u umnošcima bajtova
i dužinu reči od 32 bita.
Adresibilne jedinice
U nekim sistemima, adresibilna jedinica je reč. Međutim, mnogi
sistemi dozvoljavaju adresiranje na nivou bajta. U svakom slučaju, odnos između dužine
adrese u bitovima A i broja adresibilnih jedinica N je 2
A
= N.
Jedinica prenosa
Za glavnu memoriju, to je broj čitanja bitova iz memorije ili upisivanja u
nju u vremenu. Jedinica prenosa ne mora da bude reč ili adresibilna jedinica. Za spoljašnju
memoriju, podaci se često prenose u jedinicama mnogo većim od reči, koje se nazivaju
blokovima.
Druga razlika među vrstama memorije je metoda pristupanja jedinicama podataka. Te metode
uključuju sledeće:
Sekvencijalni pristup
Memorija je organizovana po jedinicama podataka koje se zovu zapisi.
Pristup mora da se napravi u specifičnoj linearnoj sekvenci. Zapamćena informacija za adresiranje
upotrebljava se za razdvajanje zapisa i pomoć u njihovom izdvajanju. Koristi se deljeni mehanizam
za čitanje/upisivanje, a on mora da se premešta sa svoje trenutne na željenu lokaciju, prolazeći i
odbacujući svaki zapis koji se nalazi između. Prema tome, vreme za pristupanje nekom
proizvoljnom zapisu veoma je promenljivo. Jedinice traka, koriste sekvencijalni pristup.
Direktan pristup
Kao kod sekvencijalnog, i kod direktnog pristupa koristi se deljeni mehanizam za
čitanje/upisivanje. Međutim, pojedinačni blokovi ili zapisi imaju jedinstvenu adresu, zasnovanu na
fizičkoj lokaciji. Pristup se ostvaruje direktnim pristupom da bi se postigla opšta susednost, plus
sekvencijalno traženje, brojanje ili čekanje da bi se dostigla konačna lokacija. I ovde je vreme
promenljivo. Jedinice diskova, koriste direktan pristup.
Slučajan pristup
Svaka adresibilna jedinica u memoriji ima jedinstven, fizički ožičen mehanizam
za adresiranje. Vreme za pristup datoj lokaciji konstantno je i nezavisno od sekvence prethodnih
pristupa. Glavna memorija i neki sistemi keš memorija koriste slučajan pristup.
Asocijativan pristup
Taj pristup koristi vrsta memorije sa slučajnim pristupom koja omogućava da
se porede željene lokacije bitova unutar reči, da bi se postigla podudarnost sa određenim uzorkom, i
da se to uradi za sve reči istovremeno. Dakle, reč se izvlači zasnovano na delu njenog sadržaja, a ne
na osnovu njene adrese. Kao i kod obične memorije sa slučajnim pristupom, svaka lokacija ima
sopstveni mehanizam za adresiranje, a vreme izvlačenja je konstantno, nezavisno od lokacije ili
prethodnih uzoraka pristupanja. Keš memorije mogu da koriste asocijativan pristup.
Sa tačke gledišta korisnika, dve najvažnije karakteristike memorije su kapacitet i performansa.
Koriste se tri parametra performanse:
Vreme pristupa (kašnjenje)
Za memoriju sa slučajnim pristupom
, to je vreme potrebno da
se izvede operacija čitanja ili upisivanja, odnosno, vreme od trenutka kada se neka adresa
predstavi memoriji, do trenutka kada se podatak uskladišti ili stavi na raspolaganje za
upotrebu. Za memoriju koja nema slučajan pristup, vreme pristupa je ono vreme koje je
potrebno da se zauzme položaj mehanizma za čitanje-upisivanje na željenoj lokaciji.
Vreme ciklusa memorije
Taj koncept se primenjuje prvenstveno na
memorije sa slučajnim
pristupom
i sastoji se od vremena pristupa, plus svako dodatno vreme koje se zahteva pre
nego što može da počne sledeći pristup. To dodatno vreme može da se zahteva za prelazna
stanja na signalnim linijama, ili za obnavljanje podataka ako se oni destruktivno čitaju.
Zapazite da je vreme ciklusa memorije u vezi sa sistemskom magistralom, a ne sa
procesorom.
Brzina prenosa
To je brzina kojom podaci mogu da se prenose u memorijsku jedinicu ili iz
nje. Za memoriju sa slučajnim pristupom, ona je jednaka l/(vreme ciklusa).
Za memoriju koja
nije sa slučajnim pristupom, važi sledeća relacija:
T
N
=
T
A
+
N
A
gde je
T
N
- srednje vreme čitanja ili upisivanja N bitova,
T
A
- srednje vreme pristupa,
N - broj bitova i
A - brzina prenosa u b/s.
Danas se koriste razne fizičke vrste memorija. Najčešće među njima su:
poluprovodničke memorije,
memorije sa magnetskom površinom koje se koriste za diskove i trake, i
optičke i magnetno-optičke memorije.
Važno je nekoliko flzičkih karakteristika skladišta za podatke.
U nepostojanoj memoriji, informacija propada prirodnim putem, ili se gubi kada se isključi
napajanje električnom energijom.
U trajnoj memoriji, jednom zapisana informacija opstaje bez oštećenja, dok je korisnik namerno ne
promeni (nije potrebna električna energija da bi se zadržala informacija). Memorije sa magnetskom
površinom su trajne.
Poluprovodnička memorija može da bude ili nepostojana ili trajna.
Neizbrisive memorije ne mogu da se menjaju, izuzev uništavanjem jedinice za skladištenje.
Poluprovodničke memorije te vrste poznate su kao memorije samo za čitanje (ROM). Po potrebi,
praktična neizbrisiva memorija mora takođe da bude i trajna.
Organizacija je ključno pitanje za memoriju sa slučajnim pristupom. Pod organizacijom se
podrazumeva fizičko uređenje bitova da bi formirali reči. Kao što ćemo uskoro objasniti, očigledno
fizičko uređenje se ne koristi u svim slučajevima.
4.1.2 Memorijska hijerarhija
Konstruktivna ograničenja računarske memorije mogu da se sumiraju pomoću tri pitanja:
Koliko?
Koliko brzo?
Koliko košta?
