Запоминающие устройства ПК. Вопросы: Регистровая память. Кэш-память. Основная память. Статическая и динамическая оперативная пам

Уровни памяти / Иерархия ЗУ

МПП МП i8088
14 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

Cash Levels
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:
Регистровая память. Кэш-память.
Основная память. Статическая и динамическая оперативная память.
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
SIMM:
FPM DRAM, Fast Page Mode DRAM
RAM EDO, RAM Extended Data Out
BEDO DRAM, Burst Extended Data Output
…
DIMM:
SDRAM, Syncronous DRAM
DDR 1,2 SDRAM, Double Data Rate SDRAM
RDRAM, Rambus DRAM
DRDRAM, Direct Rambus DRAM
GDDR 1,2,3,4 SDRAM, Graphics DDR
SDR SDRAM
…
Mobile:
Mobile SDRAM
…

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:
Регистровая память. Кэш-память.
Основная память. Статическая и динамическая оперативная память.
Внешние ЗУ.

ВЗУ: внешняя память

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 (Tmax!)
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
DAS, Direct Attached Storage – диски, непосредственно подключаемые к серверам.
SAN, Storage Area Networking – сети хранения, с 1992г.
NAS, Network Attached Storage – диски, подключаемые к сети.
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 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)
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.

CD vs DVD

DVD

vs
война окончена…

HVD - голографические оптические диски

Flash
Метал-нитридные микросхемы памяти
Тотальное стирание блоков (flash!)
Количество циклов перезаписи > 1 млн.
MTBF > 1 000 000 часов?
tраб от -40 до +800C
Скорость считывания 1..10 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