Запоминающие устройства ПК. Вопросы: 1.Регистровая память. Кэш-память. 2.Основная память. Статическая и динамическая оперативная память. 3.Внешние ЗУ.

Уровни памяти / Иерархия ЗУ УРОВЕНЬ Время доступа Объём Удельная стоимость хранения МПП - сверхоперативное ЗУ, регистры (доступ за 1 такт процессора). ~ 2-3 нс Десятки байт MAX Кэш-память – буферное ЗУ (доступ 1-2, 3-5 тактов). ~ 5-8 нс Десятки- сотни Кбайт Основная память (ОП) ОЗУ (до 20 тактов). ПЗУ – «постоянное ЗУ». ~ 5-20 нс ~ нс Сотни- тысячи Мбайт, Сотни Кбайт Внешняя память (ВЗУ) НГМД, НЖМД, НМОД, НМЛ … Десятки мс Сотни- тысячи Гбайт Min

МПП МП i регистров: Универсальные AX, BX, CX, DX для временного хранения любых данных Сегментные CS, DS, SS, ES для хранения сегментных адресов полей памяти Смещения IP, SP, BP, SI, DI для хранения внутрисегментных смещений адресов Флагов FL Микропроцессорная память Упрощённая структурная схема МП

Триггер

Cache Кэширование (хеширование) - способ совместного функционирования двух типов запоминающих устройств, отличающихся временем доступа и стоимостью хранения данных, который за счёт динамического копирования в «быстрое» ЗУ наиболее часто используемой информации из «медленного» ЗУ позволяет: –с одной стороны, уменьшить среднее время доступа к данным, –а с другой стороны, экономить более дорогую более быстродействующую память.

Cache memory Собственно кэш-память - физический конструктив

Принцип действия кэш-памяти

L1, встроен в основное ядро МП L2, на плате МП / на материнской плате L2/3, на материнской плате L3/4, в поле ОП / в модуле ВЗУ

Запоминающие устройства ПК. Вопросы: 1.Регистровая память. Кэш-память. 2.Основная память. Статическая и динамическая оперативная память. 3.Внешние ЗУ.

Основная память (ОП) ОЗУ (RAM, Random Access Memory) ПЗУ (ROM, Read Only Memory)

Типы микросхем ОЗУ SRAM, Static Random Access Memory DRAM, Dynamic Random Access Memory

eDRAM Embedded DRAM -«Встроенная память DRAM» Скорость сравнима с SRAM Уменьшение в 3 раза площади поверхности процессора, отводимой под память (сейчас у Intel Core Duo – 60%) Сокращение в 5 раз энергопотребления в пассивном режиме

Структурная схема модуля памяти

Конструктивы модулей ОЗУ DIP, Dual In-line Package SIMM, Single In-line Memory Module DIMM, Dual In-line Memory Module RIMM, «Rambus In-line Memory Module» mobile __________________________

Разновидности ОЗУ

Рынок DRAM: $ 28,7млрд.

ПЗУ Типы ПЗУ по технологии записи: ПЗУ / ROM – «масочные», программируемые только при изготовлении, ППЗУ / PROM – программируемые однократно в лабораторных условиях, Перепрограммируемые ПЗУ / Erasable PROM – программируемые многократно.

Запоминающие устройства ПК. Вопросы: 1.Регистровая память. Кэш-память. 2.Основная память. Статическая и динамическая оперативная память. 3.Внешние ЗУ.

ВЗУ: внешняя память НКЛМ, накопитель на кассетной магнитной ленте, стример Streamer НГМД, накопитель на гибких магнитных дисках FDD, flexible disk drive НЖМД, накопитель на жёстких магнитных дисках HDD, hard disk drive, ZIV disk, portable USB disk,… НЛКД, накопитель на лазерном компакт-диске CD ROM, compact disc read only memory НОД, накопитель на оптическом диске DVD ROM,R+/-, RW+/- digital versatile disc Флеш-картаFlash card Флеш-дискFlash drive ……

НЖМД («винчестер») / HDD, hard disk drive Носитель данных - пакет МД. Рабочая МД поверхность разбита на N окружностей (дорожек) от края к центру (в оптических дисках – наоборот!). Цилиндр – все дорожки одна под другой. Начало дорожки механически идентифицировано маркером начала оборота. MBR, main boot record. Запись и считывание производит блок магнитных головок (МГ). Резервные цилиндры, для замены дефектных дорожек. Этапы чтения/записи: –Механический подвод МГ к дорожке (T max !) –Ожидание подвода записи (время ротационного запаздывания) –Чтение/запись. НМД «с коротким ходом». Физические/Логические диски.

«Отец» жёстких дисков Рей Джонсон (IBM)

HDD manufacturers

RAID Redundant Array of Inexpensive / Independent Disks, Избыточный (резервный) массив недорогих / независимых дисков Уровни конфигурации: RAID 0 «расщепление» дисков, неотказоустойчивый дисковый массив RAID 1 зеркальный дисковый массив: два диска - зеркальные копии RAID 2 зарезервирован для массивов, которые применяют код Хемминга RAID 3, 4, 5 используют чётность для защиты данных от одиночных неисправностей (RAID 5 – с распределёнными контрольными суммами) RAID 6 используют чётность для защиты данных от двойных неисправностей (с двойной контрольной суммой)

Поколения дисковых накопителей 1.DAS, Direct Attached Storage – диски, непосредственно подключаемые к серверам. 2.SAN, Storage Area Networking – сети хранения, с 1992г. NAS, Network Attached Storage – диски, подключаемые к сети. 3.New! NUS, Network Unified Storage – унифицированные сетевые системы хранения. DAFS, Direct Access File Systems – файловые системы с прямым доступом. OBS, Object-Based Storage – объектные системы хранения.

Object-Based Storage Объект хранения: порция данных. Средство адресации: метаданные, генерируемые по набору данных. Впервые на практике идеи OBS реализованы в дисковых массивах CAS, Content Addressable Storage.

The 2007 Nobel Prize on physics Лауреатами Нобелевской премии по физике за 2007 годЛауреатами Нобелевской премии по физике за 2007 год стали французский физик Альберт Ферт (Albert Fert), работающий в университете Université Paris-Sud, и немецкий физик Петер Грюнберг (Peter Grünberg) из института Forschungszentrum Jülich. Пресс-релиз нобелевского комитета, посвященный новым лауреатам, озаглавлен «Нанотехнологии позволили создать чувствительные считывающие головки компактных жестких дисков» (Nanotechnology gives sensitive read-out heads for compact hard disks)Nanotechnology gives sensitive read-out heads for compact hard disks В 1988 году Альберт Ферт (р. 1938г.) и Петер Грюнберг (р. 1939г.) независимо открыли новый квантово-механический эффект - «гигантское магнетосопротивление» (Giant Magnetoresistance or GMR). В системах GMR слабое изменение намагниченности дает большую разницу электрического сопротивления. В 1997 году были разработаны первые считывающие головки, основанные на использовании эффекта GMR. Благодаря открытию физического эффекта «гигантского магнетосопротивления» стала возможной радикальная минитюаризация жестких дисков. Разработанные на основе открытия чувствительные считывающие головки сделали возможным создание современных жестких дисков, которые используются повсеместно – в ноутбуках, музыкальных плеерах и других компактных устройствах. Сегодня такие жесткие диски уже стали стандартной технологией.Giant Magnetoresistance or GMR

CD vs DVD Технические характеристикиCDDVD Расстояние между дорожками, мкм1,60,75 Скорость сканирования, м/с1,23,5 Длина волны лазера, нм Шаг спирали (расстояние между дорожками), мкм 1,6 Ширина пита, мкм0,5 Числовая апертура объектива0,450,6 Метод коррекции ошибокCIRCRS-PC Модуляция8-14 (EFM)8-16 (EFM+)

DVD Маркировка Ёмкость, Гб Число сторон Число слоёв на стороне Описание DVD-54,711 Односторонний однослойный DVD-98,5412 Односторонний двухслойный DVD-109,421 Двухсторонний однослойный DVD Двухсторонний двухслойный

vs война окончена… ToshibaSony RW, ROM 15, 30, 45 Гбайт25-50 Гбайт 36,5 Мбит/с36-72 Мбит/с Специальный красительСпециальная плёнка От 10$ за дискОт 18$ за диск

HVD - голографические оптические диски Hitachi Maxell ROM, (RW) 2007г: 300 Гбайт, 20 Мбайт/с 2008г: 800 Гбайт, 80 Мбайт/с 2010г: до 1,6 Тбайт! От 100$ за диск Стоимость дисковода от $

Flash Метал-нитридные микросхемы памяти Тотальное стирание блоков (flash!) Количество циклов перезаписи > 1 млн. MTBF > часов? t раб от -40 до C Скорость считывания Мбайт/с

Гибриды HDD+Flash HSA, Hybrid Storage Alliance: Hitachi, Seagate, Fujitsu, Samsung, Toshiba «Robson»: Intel

SSD-накопители

Перспективные типы памяти MRAM, Magneto-resistive RAM FRAM, Ferroelectric RAM NRAM, Nanotube | Non-volatile RAM OUM, Ovonic Unified Memory PCM/PRAM

PRAM Phase Change Random Access Memory | Память на основе фазовых состояний

Для чего память ПК строится по многоуровневому принципу? Что такое кэш-память? Микросхемы ОЗУ какого типа (SRAM или DRAM): –Быстрее? –Дороже? –Потребляют меньше энергии? Каков объём одностороннего однослойного DVD-диска? Контрольные вопросы по теме