INDUSTRIJSKO INZINJERSTVO
Novi Beograd, 2013

Bogdan Zivkovic Mentor: Prof. dr. Djordje Dihovicni
Br. Indeksa: 182/13 KOMPJUTERSKE MEMORIJE

Sadržaj:

Osnovni pojmovi............................................................................................................
Memorijski medijumi.....................................................................................................
Podela memorije.............................................................................................................
Paramerti memorije........................................................................................................
Struktura memorijskog sistema......................................................................................
Hijerarhija memorija......................................................................................................
Registarska memorija.....................................................................................................
Stek memorija.................................................................................................................
Operativna memorija......................................................................................................
Segmentacija memorije..................................................................................................
Čitačka memorija..........................................................................................................
Asocijativna memorija..................................................................................................
Keš-memorija................................................................................................................
Problemi korišćenja keš-memorije...............................................................................
Dvonivovske i podeljene keš-memorije........................................................................
Keš-memorija diska......................................................................................................
Virtuelna memorija.......................................................................................................
Memorijske stranice......................................................................................................
Prevođenje virtuelnih adresa.........................................................................................
Zamena stranica............................................................................................................

3
3
3
4
4
5
6
7
8
9

10
12
13
14
15
16
16
17
18

INDUSTRIJSKO INZINJERSTVO
Novi Beograd, 2013

Osnovni pojmovi

Memoriju ili memorijski sistem čine uređaju koji obezbeđuju zapisivanje binarnih podataka. Memorija

je namenjena upisu, pamćenju i čitanju podataka i programa. Operacija upisa i operacija čitanja nazivaju se
još i

pristup memoriji

. Svaki memorijski sistem bilo kog tipa sadrži memorijski medijum na kome si pamte

podaci, kao i odgovarajuće upravljačke elektronske i programske blokove.

Za memorije računara koristi se široki opseg tipova, tehnologija, organizacija i cena. Nijedna

tehnologija nije optimalna u zadovoljenju zahteva za memorijski sistem računara. Kao posledica toga svaki
računarski sistem poseduje hijerarhiju memorijskih podsistema, pri čemu nekim procesor pristupa direktno,
a nekim pristupa preko ulazno-izlaznih modula.

Memorijski medijumi

Za obradu podataka na računaru tj. za njihovo unošenje u računar ili izlaz iz računara, kao i za

prenos na daljinu, podaci se pamte na posebnim materijalnim nosiocima –

memorijskim medijumima

ili

nosiocima podataka.

Memorijski medijum predstavlja materijal, ili konfiguraciju načinjenu od njega, čija se

neka njegova promenljiva fizička veličina koristi za

registrovanje

podataka. Primeri medijuma su:

magnetne trake, diskete, magnetni diskovi, optički diskovi, bistabilna elektronska kola itd.

U svim memorijskim sistemima koji se danas koriste na memorijskom medijumu se pamti energija u

nekim

diskretnim količinama,

kao što su npr. magnetni moment, struja, naelektrisanje, provodni put i sl.

Da bi se neki medijum mogao koristiti za pamćenje podataka, treba da poseduje:

a) dva stabilna stanja kojima se predstavljaju binarne vrednosti „0“ i „1“,
b) mogućnost upisa prelaskom u odgovarajuće stanje,
c) mogućnost čitanja stanja.

Podela memorije

Memorija računara se sastoji od operativne memorije i spoljne memorije. Operativna memorija je

namenjena privremenom pamćenju podataka i programa, a sačinjena je od bistabilnih memorijskih
elemenata. U operativnoj memoriji se takođe pamte i međurezultati i konačni rezultati obrade.

Operativna memorija često se sastoji od više memorijskih modula, pri čemu svaki od njih može da

obavi istovremeno jedan pristup memoriji. Memorijski moduli organizovani su u memorijske banke,
sastavljene od više modula koji dele iste ulazne i izlazne magistrale.

Spoljna memorija ima veliki kapacitet i služi za pamćenje podataka velikog obima i njihovo čuvanje

na duži vremenski period, a znatno je sporija od operativne memorije. Spoljne memorije služe za dugotrajno
čuvanje podataka i programa, čuvanje podataka velikog obima, arhiviranje podataka, čuvanje rezervnih
kopija podataka i dr.

Bogdan Zivkovic Mentor: Prof. dr. Djordje Dihovicni
Br. Indeksa: 182/13 KOMPJUTERSKE MEMORIJE

INDUSTRIJSKO INZINJERSTVO
Novi Beograd, 2013

Slika 1 –

Opšta organizacija memorijskog sistema

Hijerarhija memorija

Većina računara radi mnogo efikasnije ako osim operativne memorije postoji spoljna memorija. Pri

tome se u operativnoj memoriji nalaze samo podaci i programi koje procesor koristi u datom trenutku. Svi
ostali podaci čuvaju se na spoljnoj memoriji i prenose se na operativnu memoriju kada su potrebni.

Ukupno raspoloživa memorija može se razmatrati kao hijerarhijski sistem komponenata koji se sastoji

od svih uređaja za čuvanje podataka koje koristi računarski sistem. Zbog toga se memorija računara
organizuje u hijerarhijsku strukturu memorijskih uređaja koji na pojedinim nivoima imaju različite brzine i
kapacitete (slika 2).

U računaru se koriste sledeće memorije:



registarska memorija,



keš memorija (ultra brza memorija, priručna memorija),



operativna memorija (osnovna memorija, glavna memorija),



keš memorija diska,



spoljna memorija sa direktnim pristupom (magnetni diskovi) i



memorija sa sekvencijalnim pristupom (magnetne trake).

Navedeni redosled momorija odgovara smanjenju nivoa u hijerarhiji, smanjenju brzine i cene po

jednom bitu a povećanju kapaciteta.

Slika 2 –

Hijerarhija memorija

Svaki nivo može da sadrži više modula (primeraka) odgovarajućih uređaja za dobijanje potrebnog

kapaciteta datog nivoa memorije. Ovakva hijerarhijska struktura omogućava da se ekonomski efikasno
usklade čuvanje velikog broja podataka sa brzim pristupom podacima u procesu njihove obrade.

Na donjem nivou hijerarhije nalaze se relativno spore magnetne trake koje se koriste, pre svega, za

arhiviranje podataka. Sledeći nivo čine magnetni diskovi koji se koriste kao spoljni memorijski uređaji za
trajno čuvanje podataka i programa. Keš-memorija diska služi za bafer koji čuva značajan deo ulazno
izlaznog prenosa, smanjujući tako efektivno vreme pristupa i zahtevani broj pristupa na disku. Centralno
mesto ima operativna memorija koja može neposredno razmenjivati podatke sa centralnim procesorom i sa
perifernim uređajima. Kada su procesoru potrebni podaci kojih nema u operativnoj memoriji, oni se unose iz
keš-memorije diska ili sa spoljne memorije. Keš-memorija služi za povećanje brzine obrade pomoću koje
tekuće instrukcije i tekući podaci mogu da se prenose u centralni procesor velikom brzinom. Time se
kompenzuje razlika u brzini rada procesora i vremena pristupa operativnoj memoriji, jer je vreme pristupa
kes-memorije približno jednako brzini rada centralnog procesora. Registarsku memoriju čini skup registara
zžu procesoru ili posebna registarska polja (registarske matrice), a služi pre svega za privremeno pamćenje
operanada i međurezultata.

Bogdan Zivkovic Mentor: Prof. dr. Djordje Dihovicni
Br. Indeksa: 182/13 KOMPJUTERSKE MEMORIJE

Centralni

Registri

procesor

Keš

memorija

Operativna

memorija

Keš memo-

rija diska

Spoljna

memorija

INDUSTRIJSKO INZINJERSTVO
Novi Beograd, 2013

Veća Kraće

Cena po MB Vreme pristupa

Manja Duže

Slika 3 –

Proširena hijerarhija memorija računara

Registarska memorija

Centralni procesor pored više upravljačkih registra, kao što su akumulator, brojač instrukcija, registar

instrukcija i dr., sadrži i memoriju relativno malog kapaciteta koja se naziva

registarska memorija.

Registarska memorija predstavlja skup registra u procesotu koji se nazivaju

registri opšte namene.

Oni se

koriste u različite svrhe, pre svega za privremeno pamćenje operanada, međurezultata, komponenata
adresa i dr. Ovi registri rade brzinom centralnog procesora tako da se operacije sa podacima smeštenim u
registre izvode brzinom rada procesora. Iz tog razloga svi novi procesori sadrže više desetina ili čak
nekoliko stotina registara opšte namene koji se organizuju kao tzv.registarske

matrice

ili

registarska polja

(eng.

register file –

registarsko spremište).

Registarska memorija realizuje se poluprovodničkim memorijskim elementima sa dva stabilna stanja

–

bistabilnim kolima

ili

flip-flopovima.

Pri tome

registar

predstavlja uređeni skup memorijskih elemenata

koji se pri radu tretira kao jedna celina. Registrima se radi identifikacije pristupa dodeljuju adrese na isti
način kao i lokacijama operativne memorije. Za adresiranje registara koristi se poseban načina adresiranja
koji se naziva

registarsko adresiranje.

Za označavanje registra u asemblerskom jeziku koriste se

simbolička imena.

Registarska memorija koristi se onda kada je potrebno da se za sto kraće vreme pritupi podacima i

jednostavno upisivati i čitati podatke. Njena brzina je identična brzini rada centralnog procesora, oko dva
puta je veća od brzine keš memorije i deserak puta veća od brzine operativne memorije.

Registarska memorija ima naročito važnu ulogu u novim arhitekturama procesora kojima se teži

bržem izvršenju operacija. To je posebno slučaj kod procesora sa redukovanim skupom instrukcija, tzv.

RRISC

arhitekturom. Pri tome se teži da se podaci i instrukcije za koje se očekuje da će biti potrebni

centralnom procesoru, kao i međurezultati operacija, čuvaju u registarskoj memoriji ili u jednoj ili više keš-
memorija.

Bogdan Zivkovic Mentor: Prof. dr. Djordje Dihovicni
Br. Indeksa: 182/13 KOMPJUTERSKE MEMORIJE

Registarska memorija

Keš-memorija

RAM memorija

Keš-memorija diska

Tvrdi disk

CD-ROM disk, MO disk