Архитектура компьютерных систем

Память
Компью́терная па́мять (устройство хранения информации, запоминающее устройство) — часть вычислительной машины, физическое устройство или среда для хранения данных, используемых в вычислениях, в течение определённого времени.

Классификация памяти
По доступным операциям с данными
По энергозависимости
По порядку выборки
По назначению
По организации программно доступного адресного пространства
По удалённости и доступности для центрального процессора
По факту доступности для центрального процессора
По организации хранения данных и алгоритму доступа к ним

Иерархия запоминающих устройств
Иерархия запоминающих устройств

Регистр процессора — сверхбыстрая оперативная память память (СОЗУ) внутри процессора, предназначенная прежде всего для хранения промежуточных результатов вычисления — РОН (регистр общего назначения) или содержащая данные, необходимые для работы процессора — смещения базовых таблиц, уровни доступа и т. д. (специальные регистры)

Регистровый файл процессора

Распределенный регистровый файл с оконной организацией

Основная память
Яче́йка па́мяти — минимальный адресуемый элемент запоминающего устройства ЭВМ. Ячейки памяти могут иметь разную ёмкость (число разрядов, длину). Современные запоминающие устройства обычно имеют размер ячейки памяти равным одной из степеней двойки: 8 бит, 16 бит, 32 бита, 64 бита. В ранних ЭВМ использовались и более экзотические размерности, например 39(БЭСМ-1) или 48(БЭСМ-6).

Структура основной памяти

Основная память
Статические запоминающие устройства
Статическая память позволяет достичь наибольшего быстродействия, обеспечивая время доступа в единицы и даже десятые доли наносекунд, что и обусловливает ее использование, главным образом, в высших ступенях памяти – кэш-памяти всех уровней.
Главными недостатками статической памяти являются ее относительно высокие стоимость и энергопотребление.

Запоминающий элемент статического ОЗУ
Основная память
Оперативные запоминающие устройства

Основная память
Динамические запоминающие устройства
Недостатки, связанные с необходимостью регенерации информации в таких ЗУ и относительно невысоким их быстродействием, компенсируются другими показателями: малыми размерами элементов памяти и, следовательно, большим объемом микросхем этих ЗУ, а также низкой их стоимостью.

Запоминающий элемент динамического ОЗУ
Основная память
Оперативные запоминающие устройства

Адресация памяти
Адресация может быть:
абсолютная — указывается прямой адрес ячейки памяти.
сегментная — указывается адрес относительно начала сегмента, в случае, если сегменты отсутствуют или совпадают, эквивалентна абсолютной.
относительная — указывается смещение относительно какого-либо значения.
косвенная — указывается адрес ячейки, содержащей адрес необходимой ячейки.
индексная — указывается адрес начала массива, размер элемента и порядковый номер элемента в массиве.
непосредственная — указывает на определённое число (Например: mov A,#50H - записать число 50H в аккумулятор).
регистровая — указывает на определённый регистр РОН (регистры общего назначения).

Регенерация информации в динамических ЗУ
В различных типах динамической памяти применяются три основных метода регенерации:
одним сигналом RAS (ROR — RAS Only Refresh);
сигналом CAS, предваряющим сигнал RAS (CBR — СAS Before RAS);
автоматическая регенерация (SR — Self Refresh).

Логическая организация микросхемы памяти

Структура микросхемы памяти
Организация микросхем памяти
Основная память

Основная память
Структура основной памяти на основе блочной схемы
Блочная организация основной памяти

Режимы доступа к данным микросхемы
Основная память
Оперативные запоминающие устройства
последовательный;
конвейерный; регистровый;
страничный;
пакетный;
удвоенной скорости.

Динамические ЗУ с произвольным доступом
Асинхронная динамическая память DRAM
Синхронная динамическая память
Синхронная динамическая память DDR SDRAM (DDR2, DDR3)

Реализация DDR3-памяти

Различные корпуса DRAM
Сверху вниз:
DIP, SIPP, SIMM (30-контактный),
SIMM (72-контактный),
DIMM (168-контактный),
DIMM (184-контактный, DDR)

Различные корпуса DRAM
Модуль SDRAM в
72-контактном корпусе
SO-DIMM.
Модуль DDR2 в
204-контактном корпусе
SO-DIMM

Виды статических ОЗУ
Основная память
Оперативные запоминающие устройства

Классификация динамических ОЗУ: а — микросхемы для основной памяти; б — микросхемы для видеоадаптеров
Основная память
Оперативные запоминающие устройства