Способы организации памяти для хранения данных

План:
Разобрать основные понятия.
Рассмотреть все аспекты организации памяти для хранения данных.

В основе реализации организации памяти современных компьютеров лежат два принципа:
Принцип локальности обращений и соотношение стоимость/производительность.
Существующие аспекты организации памяти для хранения данных:
· иерархическая организации памяти;
· организация кэш-памяти;
· организация основной памяти;
· виртуальная память - как средство организации защиты данных.

Иерархическая организация памяти
Иерархическая организация памяти современных компьютеров строится на нескольких уровнях.
Уровни иерархии взаимосвязаны: все данные на одном уровне могут быть также найдены на более низком уровне, и все данные на этом более низком уровне могут быть найдены на следующем лежащем ниже уровне и так далее, пока не достигается основание иерархии.

Иерархия памяти обычно состоит из многих уровней, но в каждый момент времени можно иметь дело только с двумя близлежащими уровнями. Минимальная единица информации, которая может либо присутствовать либо отсутствовать в двухуровневой иерархии, называется блоком.
Размер блока может быть либо фиксированным, либо переменным. Если этот размер зафиксирован, то объем памяти является кратным размеру блока.

Организация кэш-памяти
три основных типа организации кэш-памяти:
если каждый блок основной памяти имеет только одно фиксированное место, на котором он может появиться в кэш-памяти, то такая кэш-память называется кэшем с прямым отображением (direct mapped);
если некоторый блок основной памяти может располагаться на любом месте кэш-памяти, то кэш называется полностью ассоциативным (fully associative);
если некоторый блок основной памяти может располагаться на ограниченном множестве мест в кэш-памяти, то кэш называется множественно-ассоциативным (set associative).

Кэш с прямым отображением памяти
Кэш-память с прямым отображением требует минимального объема оборудования. При этом всю основную память можно представить в виде двухмерного массива блоков (КЭШ-строк), в котором количество рядов равно числу строк в КЭШ-памяти, а в каждом ряду последовательно находятся блоки, переадресуемые на одну и ту же строку КЭШ-памяти.

Кэш-память называется полностью ассоциативной, если каждая строка ОЗУ может располагаться в любом месте кэш-памяти.
В полностью ассоциативной кэш-памяти максимально используется весь ее объем: вытеснение сохраненной в КП информации проводится лишь после ее полного заполнения.
Полностью ассоциативная кэш-память

Множественно-ассоциативная кэш-память
Этот вид памяти является промежуточным между двумя вышерассмотренными. В нем сочетаются простота кэша с прямым отображением и скорость ассоциативного поиска. Кэш-память делится на непересекающиеся подмножества (блоки) строк. Каждая строка основной памяти может попадать только в одно подмножество кэша.

Организация основной памяти
Основная память современных компьютеров реализуется на микросхемах статических и динамических запоминающих устройств с произвольной выборкой (ЗУПВ).
Микросхемы статических ЗУПВ (СЗУПВ) имеют меньшее время доступа и не требуют циклов регенерации.
Микросхемы динамических ЗУПВ (ДЗУПВ) характеризуются большей емкостью и меньшей стоимостью, но требуют схем регенерации и имеют значительно большее время доступа.