היררכיית זיכרון בארכיטקטורת מחשבים

בתכנון מערכת המחשוב, מעבד , כמו גם כמות גדולה של התקני זיכרון, נעשה שימוש. עם זאת, הבעיה העיקרית היא שחלקים אלה יקרים. אז ה ארגון זיכרון של המערכת יכולה להיעשות על ידי היררכיית זיכרון. יש לו כמה רמות זיכרון עם שיעורי ביצוע שונים. אך כל אלה יכולים לספק מטרה מדויקת, כזו שניתן יהיה לצמצם את זמן הגישה. היררכיית הזיכרון פותחה בהתאם להתנהגות התוכנית. מאמר זה דן בסקירה כללית של היררכיית הזיכרון בארכיטקטורת המחשבים.

מהי היררכיית זיכרון?

ניתן לחלק את הזיכרון במחשב לחמש היררכיות על סמך המהירות וגם השימוש. המעבד יכול לעבור מרמה אחת לשנייה בהתבסס על דרישותיו. חמש ההיררכיות בזיכרון הן רושמים, מטמון, זיכרון ראשי, דיסקים מגנטיים וקלטות מגנטיות. שלוש ההיררכיות הראשונות הן זיכרונות נדיפים שמשמעותם כשאין כוח, ואז באופן אוטומטי הם מאבדים את הנתונים המאוחסנים שלהם. בעוד ששתי ההיררכיות האחרונות אינן תנודתיות, כלומר הן מאחסנות את הנתונים לצמיתות.

אלמנט זיכרון הוא הסט של התקני אחסון המאחסן את הנתונים הבינאריים בסוג הביטים. בכללי, אחסון הזיכרון ניתן לסווג לשתי קטגוריות כגון נדיפים וגם לא נדיפים.

היררכיית זיכרון בארכיטקטורת מחשבים

ה עיצוב היררכיית זיכרון במערכת מחשב כוללת בעיקר התקני אחסון שונים. מרבית המחשבים היו מובנים עם נפח אחסון נוסף כדי לרוץ בעוצמה רבה יותר מעבר ליכולת הזיכרון הראשית. הבאים תרשים היררכיית זיכרון היא פירמידה היררכית לזיכרון המחשב. תכנון היררכיית הזיכרון מחולק לשני סוגים כגון זיכרון ראשוני (פנימי) וזיכרון משני (חיצוני).

היררכיית זיכרון

זיכרון ראשי

הזיכרון הראשוני ידוע גם בשם זיכרון פנימי, והנגיש אליו באמצעות המעבד באופן ישיר. זיכרון זה כולל ראשי רישום, מטמון, כמו גם רישומי מעבד.

זיכרון משני

הזיכרון המשני מכונה גם זיכרון חיצוני, והנגיש אליו באמצעות המעבד באמצעות מודול קלט / פלט. זיכרון זה כולל דיסק אופטי, דיסק מגנטי וקלטת מגנטית.

מאפייני היררכיית הזיכרון

מאפייני היררכיית הזיכרון כוללים בעיקר את הדברים הבאים.

ביצועים

בעבר, תכנון מערכת מחשב נעשה ללא היררכיית זיכרון, ופער המהירות בין הזיכרון הראשי כמו גם רישומי המעבד משתפר בגלל הפער העצום בזמן הגישה, מה שיגרום לביצועים נמוכים יותר של המערכת. לכן השיפור היה חובה. השיפור בכך תוכנן במודל היררכיית הזיכרון בשל עליית ביצועי המערכת.

יְכוֹלֶת

היכולת של היררכיית הזיכרון היא כמות הנתונים הכוללת שהזיכרון יכול לאחסן. כי בכל פעם שנעבור מלמעלה למטה בתוך היררכיית הזיכרון, אז הקיבולת תגדל.

זמן גישה

זמן הגישה בהיררכיית הזיכרון הוא מרווח הזמן בין זמינות הנתונים וכן בקשת קריאה או כתיבה. כי בכל פעם שאנחנו עוברים מלמעלה למטה בתוך היררכיית הזיכרון, אז זמן הגישה יגדל

עלות למעט

כאשר אנו עוברים מלמטה למעלה בתוך היררכיית הזיכרון, אז העלות עבור כל סיבית תגדל, כלומר זיכרון פנימי יקר בהשוואה לזיכרון חיצוני.

עיצוב היררכיית זיכרון

היררכיית הזיכרון במחשבים כוללת בעיקר את הדברים הבאים.

רושמים

בדרך כלל, הרישום הוא זיכרון RAM או SRAM במעבד המחשב המשמש להחזקת מילת הנתונים שהיא בדרך כלל 64 או 128 ביט. דלפק התוכנית ההרשמה היא החשובה ביותר כמו גם נמצא בכל המעבדים. מרבית המעבדים משתמשים ברשם מילות סטטוס וכן בצבר. רישום מילות סטטוס משמש לצורך קבלת החלטות, והמצבר משמש לאחסון הנתונים כמו פעולה מתמטית. בדרך כלל, מחשבים כמו מחשבים להגדיר הוראות מורכבות יש כל כך הרבה רושמים לקבלת זיכרון ראשי, וכן סט הוראות הורדת RISC במחשבים יש יותר רושמים.

זיכרון מטמון

זיכרון מטמון ניתן למצוא גם במעבד, אולם לעיתים נדירות זה עשוי להיות אחר IC (מעגל משולב) שמופרד לרמות. המטמון מכיל את נתח הנתונים המשמש לעתים קרובות מהזיכרון הראשי. כאשר למעבד יש ליבה אחת אז יהיו לו שתי רמות מטמון יותר לעיתים נדירות. מעבדים מרובי ליבות בהווה יהיו בעלי שלוש, 2 רמות לכל ליבה ורמה אחת משותפת.

זיכרון ראשי

הזיכרון הראשי במחשב אינו אלא יחידת הזיכרון במעבד שמתקשרת ישירות. זוהי יחידת האחסון הראשית של המחשב. זיכרון זה מהיר כמו גם זיכרון גדול המשמש לאחסון הנתונים לאורך פעולות המחשב. זיכרון זה מורכב מ- RAM וכן מ- ROM.

דיסקים מגנטיים

הדיסקים המגנטיים במחשב הם פלטות עגולות המיוצרות מפלסטיק אחרת מתכת על ידי חומר ממוגנט. לעתים קרובות, שני פנים של הדיסק משמשים כמו גם דיסקים רבים עשויים להיות מוערמים על ציר אחד על ידי ראשי קריאה או כתיבה שניתן להשיג בכל מישור. כל הדיסקים במחשב מסתובבים יחד במהירות גבוהה. הרצועות במחשב אינן אלא ביטים המאוחסנים בתוך המישור הממוגנט בנקודות ליד עיגולים קונצנטריים. אלה מופרדים בדרך כלל לחלקים אשר נקראים כמגזרים.

קלטת מגנטית

קלטת זו היא הקלטה מגנטית רגילה אשר מעוצבת עם כיסוי מגנטי דק על סרט פלסטיק מורחב של הפס הדק. זה משמש בעיקר לגיבוי נתונים עצומים. בכל פעם שהמחשב דורש גישה לרצועה, תחילה הוא יעלה כדי לגשת לנתונים. ברגע שמאפשרים את הנתונים, הם לא יותקנו. זמן הגישה של הזיכרון יהיה איטי יותר בתוך הרצועה המגנטית, כמו כן ייקח כמה דקות לגישה לרצועה.

יתרונות היררכיית הזיכרון

הצורך בהיררכיית זיכרון כולל את הדברים הבאים.

• הפצת זיכרון היא פשוטה וחסכונית
• מסיר הרס חיצוני
• ניתן לפזר נתונים בכל רחבי
• מתיר החלפת דרישה והקדמה מראש
• החלפה תהיה מיומנת יותר

לפיכך, מדובר בכל היררכיית זיכרון . מהמידע לעיל, סוף סוף, אנו יכולים להסיק שהוא משמש בעיקר להפחתת עלות הסיביות, תדירות הגישה ולהגדלת זמן הגישה. אז זה בידי המעצב עד כמה הם זקוקים למאפיינים אלה בכדי לספק את צרכיהם של צרכניהם. הנה שאלה בשבילך, היררכיית זיכרון במערכת ההפעלה ?