какие способы организации памяти являются основными
Способы организации памяти
Процессы запоминания и хранения одной и той же информации о событиях, фактах, явлениях могут быть организованны на основании различных принципов и механизмов. Один и тот же факт может храниться в сенсорном, вербальном, декларативном, процедурном видах, может вспоминаться произвольно или непроизвольно с использованием разных временных, логических, эмоциональных ассоциаций.
Субъект деятельности получает информацию благодаря разным органам чувств: зрению, слуху, обонянию, осязанию и вкусу. Соответственно выделяют зрительную, слуховую, обонятельную, осязательную и вкусовую память. Соотношение перечисленных видов памяти в реальной деятельности зависит от характера деятельности и от индивидуальных особенностей работника, который будет опираться на наиболее развитый вид памяти.
В зависимости от цели деятельности память можно разделить на произвольную и непроизвольную. Непроизвольная память проявляется в тех случаях, когда не ставится специальная цель запоминания информации. Произвольная память связана с сознательным целевым запоминанием информации.
Для анализа процессов профессиональной деятельности особое значение имеет деление памяти на непосредственную и опосредованную по критерию развития процессов запоминания. Непосредственная память отличается слабой обработкой запоминаемого материала. В этих случаях субъект просто заучивает материал, многократно повторяя его, зазубривает. В тех случаях, когда человек ищет способы запоминания, осмысливает, анализирует, сравнивает материал и т.д., речь идет о принципиально ином, качественно более высоком запоминании — опосредованном. Опосредованное запоминание может быть нескольких видов:
— логическая память – основана на причинно-следственном характере запоминания информации, использовании логических ассоциаций при воспроизведении информации из памяти;
— ассоциативная память – связана с запоминанием информации на основании цепи ассоциаций, когда одно событие вызывает в памяти другие, связанные с ним на основании самых разных аналогий, сравнений, элементов сходства или отличий;
— эпизодическая память – это память на датированные во времени эпизоды и события из индивидуальной жизни человека. Она строится на основе временных ассоциаций, последовательности событий во времени, хотя учитывает также и комплекс пространственно-временных координат.
По характеру запоминаемой информации выделяют следующие виды памяти:
— эмоциональная память – направлена на запоминание эмоциональных компонентов поведенческого акта и субъективных переживаний человека;
— процедурная (имплицитная) память – представлена моторными (двигательными) навыками, классическими и инструментальными рефлексами. Она формируется часто непроизвольно, требует неоднократного повторения и хранит информацию о причинно-следственных отношениях между событиями;
— декларативная (эксплицитная) память основана на оперировании с понятиями. Это память на лица, места событий, предметы. Декларативная память всегда произвольна, так как предполагает знание об объекте запоминания. Процесс запоминания проходит быстро, а информация может храниться в течение многих лет без напоминания;
— образная память подразумевает хранение информации в виде образов предметов, явлений или событий, которые сохраняют свою топологию (соотношение пространственно-временных характеристик). В зависимости от характера образа различают зрительную, слуховую, осязательную, вкусовую, обонятельную образную память;
— вербальная память представляет собой систему запоминания, основанную на смысловых характеристиках понятий. Организация и структурирование вербальной памяти основаны на кодовом (абстрактном) описании понятий и слов, обозначающих эти понятия.
В реальной деятельности разные виды памяти тесно переплетаются и постоянно взаимодействуют между собой. В деятельности человека, управляющего людьми, техникой, машинами или приборами, в той или иной мере проявляются все основные виды памяти. В любой деятельности соучаствуют кратковременная память, оперативная и долговременная.
Существенную роль в оперативной памяти играют не только процессы запоминания информации, но и процессы ее сбрасывания, т.е. исключения информации из памяти. Оператор иногда допускает ошибки не потому, что не запомнил необходимой информации, а потому, что не забыл ненужную, уже использованную.
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
Методы и способы организации памяти
Под памятью цифровых вычислительных устройств понимают запоминающее устройство, предназначенное для приема (записи), хранения и выдачи (считывания) информации, представленной двоичным кодом. Основными характеристиками ЗУ являются:
информационная емкость, определяемая максимальным объемом хранимой информации в битах или байтах; быстродействие, характеризуемое временем выборки информации из ЗУ и временем цикла обращения к ЗУ с произвольным доступом или временем поиска и количеством переданной в единицу времени информации в ЗУ
(или из ЗУ) с последовательным доступом; энергопотребление, определяемое электрической мощностью, потребляемой ЗУ от источника питания в каждом из режимов работы, а также надежность, стоимость, масса, габаритные размеры и др.
Со времени появления больших (по размерам) компьютеров сложилось деление памяти на внутреннюю и внешнюю:
внутренняя память – электронная (полупроводниковая) память, уста-
навливаемая на системной плате или на платах расширения; внешняя память – память, реализованная в виде устройств с различными принципами хранения информации и обычно с подвижными носителями. Обычно это устройство магнитной (дисковой и ленточной) памяти, оптической и магнитооптической памяти.
Для процессора непосредственно доступной является внутренняя (оперативная) память.
Основная, или оперативная, память (MainMemory) компьютера используется для оперативного обмена информацией (командами и данными) между процессором, внешней памятью (например, дисковой) и периферийными подсистемами (графика, ввод/вывод, коммуникации и т. п.). Ее другое название – ОЗУ – примерно соответствует английскому термину RAM (RandomAccessMemory) – память с произвольным доступом. Произвольность доступа подразумевает возможность операций записи или чтения любой ячейкой ОЗУ в произвольном порядке.
Требования, предъявляемые к основной памяти: большой (для электронной памяти) объем, исчисляемый единицами,
десятками и даже сотнями мегабайт; быстродействие и производительность, позволяющие реализовать вы-
числительную мощность современных процессоров; высокая надежность хранения данных – ошибка даже в одном бите,
в принципе, может привести и к ошибкам вычислений, и к искажению, и потере данных.
Оперативная память является одним из трех основных элементов, на которых держится «компьютерный мир» (процессор, память и периферийные устройства).
Оперативное хранение информации выполняет динамическая память, имеющая наилучшее сочетание объема, плотности упаковки, энергопотребления и цены. Однако ей присуще невысокое (по характеристикам современных процессоров) быстродействие. Динамическую память замещает статическая, быстродействие которой выше, но достижимая емкость принципиально ниже, чем у динамической.
Обсудим основные параметры оперативной памяти – быстродействие, производительность, достоверность хранения и методы их улучшения.
Время доступа (accesstime) определяется как задержка появления действительных данных на выходе памяти относительно начала цикла чтения.
Длительность цикла определяется как минимальный период следующих друг за другом обращений к памяти, причем циклы чтения и записи требуют различных затрат времени.
Производительность памяти характеризуется скоростью потока записываемых или считываемых данных и измеряется в мегабайтах в секунду. Производительность подсистемы памяти зависит от типа и быстродействия применяемых запоминающих элементов, разрядности шины памяти и некоторых особенностей архитектуры.
Разрядность шины памяти – это количество байт (или бит), с которыми операция чтения или записи может быть выполнена одновременно. Разрядность основной памяти обычно согласуется с разрядностью внешней шины процессора (1 байт – для I8088; 2 байта – для I8086, I80286, I386SX; 4 байта – для I386DX, I486; 8 байт – для Pentium и выше). Вполне очевидно, что при одинаковом быстродействии микросхем или модулей памяти производительность блока с большей разрядностью будет выше, чем у малоразрядного. Именно с целью повышения производительности у 32-битного (по внутренним регистрам) процессора Pentium внешняя шина, связывающая его с памятью, имеет разрядность 64 бита.
Банком памяти называют комплект микросхем, или модулей (а также их посадочных мест – «кроваток» для микросхем, слотов для SIMM или DIMM), обеспечивающий требуемую для данной системы разрядность хранимых данных. Работоспособным может быть только полностью заполненный банк. Внутри одного банка практически всегда должны применяться одинаковые (по типу и объему) элементы памяти.
Если устанавливаемый объем памяти набирается несколькими банками, появляется резерв для повышения производительности за счет применения чередования банков (bankinterleaving). Идея чередования заключается в том, что смежные блоки данных (разрядность такого блока данных соответствует разрядности банка) располагаются поочередно в разных банках. Чем больше банков участвуют в чередовании, тем выше (теоретически) предельная производительность. Чаще всего используется чередование двух или трех банков (twowayinterleaving, threewayinterleaving).
Применение теневой памяти (shadowmemory) позволяет повысить производительность компьютера при интенсивном обращении к относительно медленной памяти модулей ROM BIOS и видеопамяти. Идея метода заключается в «затенении» медленного модуля специальной памяти блоком быстродействующей оперативной памяти.
При использовании ShadowROM содержимое затеняемой области (ROM) копируется в RAM и при дальнейшем обращении по этим адресам подставляется физическая область RAM, а запись в эту область блокируется. При использовании ShadowRAM запись производится одновременно в физическую память затеняемой области и в оперативную память (RAM), а при чтении обращение идет только к оперативной памяти. Shadow RAM обычно применяется для ускорения работы графических адаптеров.
Разделяемая память адаптера – память, содержимое которой может изменяться как со стороны системной шины (по инициативе процессора или других ее абонентов), так и со стороны адаптера, составной частью которого она является. Примерами разделяемой памяти являются буферная память коммуникационных адаптеров (она в произвольный момент времени может быть заполнена принятым из сети пакетом) и видеопамять адаптеров с графическими сопроцессорами (битовое разложение графического примитива строится в ней внутренним процессором графического адаптера).
Теневая память дает двойной эффект повышения производительности: затеняемые области обычно имеют малую разрядность (ROM BIOS – 8 бит, видеопамять небольшого объема – 8 или 16 бит) и низкое быстродействие (ROM имеет время доступа более 100 нс, а обращение к видеопамяти тормозится конкурирующим процессом – регенерацией изображения).
В процессорах I486 и старше для повышения производительности обмена данными с последовательно расположенными ячейками памяти введен так называемый пакетный цикл обмена –BurstCycle. Обычный цикл обмена имеет фазу адреса и фазу данных. Пакетный цикл предназначен для последовательного обмена обычно с четырьмя соседними элементами (байт, слово, двойное слово. ) памяти. При этом фаза адреса существует только в начале цикла, а следующие три передачи осуществляются без нее: подразумевается автоматическое изменение адреса по определенным правилам.
В любой из многих миллионов ячеек памяти возможен случайный сбой или окончательный отказ, приводящий к ошибке. Вероятность ошибки, естественно, возрастает при увеличении объема памяти.
Отказ ячейки памяти – потеря ее работоспособности, обычно требующая замены элемента памяти. Отказ может быть устойчивым, но возможно и самопроизвольное восстановление работоспособности, например после повторного включения питания. Часто причиной отказов является неисправность контакта или нарушение условий эксплуатации.
Случайный сбой может произойти и в исправной микросхеме памяти, например при пролете через нее ионизирующей частицы (по этой причине в условиях высокого уровня радиации обычные электронные элементы неработоспособны). После сбоя следующая запись в ячейку произойдет нормально.
В первых моделях персональных компьютеров (РС) обязательно применялся контроль четности. При его использовании каждый байт памяти сопровождался битом паритета (Paritybit), дополняющим количество единиц в байте до нечетного. При обнаружении ошибки паритета схемой контроля вырабатывается немаскируемое прерывание (NMI) и его обработчик обычно выводит на экран сообщение ParityErrorCheck (ошибка паритета) с указанием адреса сбойной ячейки и останавливает процессор командой Halt.
Дата добавления: 2016-10-17 ; просмотров: 1545 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
Способы организации памяти
Процессы запоминания и хранения одной и той же информации о событиях, фактах, явлениях могут быть организованны на основании различных принципов и механизмов. Один и тот же факт может храниться в сенсорном, вербальном, декларативном, процедурном видах, может вспоминаться произвольно или непроизвольно с использованием разных временных, логических, эмоциональных ассоциаций.
Субъект деятельности получает информацию благодаря разным органам чувств: зрению, слуху, обонянию, осязанию и вкусу. Соответственно выделяют зрительную, слуховую, обонятельную, осязательную и вкусовую память. Соотношение перечисленных видов памяти в реальной деятельности зависит от характера деятельности и от индивидуальных особенностей работника, который будет опираться на наиболее развитый вид памяти.
В зависимости от цели деятельности память можно разделить на произвольную и непроизвольную. Непроизвольная память проявляется в тех случаях, когда не ставится специальная цель запоминания информации. Произвольная память связана с сознательным целевым запоминанием информации.
Для анализа процессов профессиональной деятельности особое значение имеет деление памяти на непосредственную и опосредованную по критерию развития процессов запоминания. Непосредственная память отличается слабой обработкой запоминаемого материала. В этих случаях субъект просто заучивает материал, многократно повторяя его, зазубривает. В тех случаях, когда человек ищет способы запоминания, осмысливает, анализирует, сравнивает материал и т.д., речь идет о принципиально ином, качественно более высоком запоминании — опосредованном. Опосредованное запоминание может быть нескольких видов:
— логическая память – основана на причинно-следственном характере запоминания информации, использовании логических ассоциаций при воспроизведении информации из памяти;
— ассоциативная память – связана с запоминанием информации на основании цепи ассоциаций, когда одно событие вызывает в памяти другие, связанные с ним на основании самых разных аналогий, сравнений, элементов сходства или отличий;
— эпизодическая память – это память на датированные во времени эпизоды и события из индивидуальной жизни человека. Она строится на основе временных ассоциаций, последовательности событий во времени, хотя учитывает также и комплекс пространственно-временных координат.
По характеру запоминаемой информации выделяют следующие виды памяти:
— эмоциональная память – направлена на запоминание эмоциональных компонентов поведенческого акта и субъективных переживаний человека;
— процедурная (имплицитная) память – представлена моторными (двигательными) навыками, классическими и инструментальными рефлексами. Она формируется часто непроизвольно, требует неоднократного повторения и хранит информацию о причинно-следственных отношениях между событиями;
— декларативная (эксплицитная) память основана на оперировании с понятиями. Это память на лица, места событий, предметы. Декларативная память всегда произвольна, так как предполагает знание об объекте запоминания. Процесс запоминания проходит быстро, а информация может храниться в течение многих лет без напоминания;
— образная память подразумевает хранение информации в виде образов предметов, явлений или событий, которые сохраняют свою топологию (соотношение пространственно-временных характеристик). В зависимости от характера образа различают зрительную, слуховую, осязательную, вкусовую, обонятельную образную память;
— вербальная память представляет собой систему запоминания, основанную на смысловых характеристиках понятий. Организация и структурирование вербальной памяти основаны на кодовом (абстрактном) описании понятий и слов, обозначающих эти понятия.
В реальной деятельности разные виды памяти тесно переплетаются и постоянно взаимодействуют между собой. В деятельности человека, управляющего людьми, техникой, машинами или приборами, в той или иной мере проявляются все основные виды памяти. В любой деятельности соучаствуют кратковременная память, оперативная и долговременная.
Существенную роль в оперативной памяти играют не только процессы запоминания информации, но и процессы ее сбрасывания, т.е. исключения информации из памяти. Оператор иногда допускает ошибки не потому, что не запомнил необходимой информации, а потому, что не забыл ненужную, уже использованную.
Какие способы организации памяти являются основными
Тема 15. Способы доступа и организации файлов. Распределение файлов на диске
При этом каждая запись может иметь идентификатор, представляющий собой ключ, который может быть сложным и состоять из нескольких полей.
Существует три способа доступа к данным, расположенным во внешней памяти:
Для организации доступа записи должны быть определенным образом расположены и взаимосвязаны во внешней памяти. Есть несколько способов логической организации памяти.
Записи располагаются в физическом порядке и обеспечивают доступ в физической последовательности. Таким образом, для обработки записи с номером N+1 необходимо последовательно обратиться к записям с номером 1, 2,….,N. Это универсальный способ организации файла периферийного устройства. Используется так же для организации входного/выходного потока.
Записи располагаются в логической последовательности в соответствии со значением ключей записи. Физически записи располагаются в различных местах файла. Логическая последовательность файла фиксируется в специальной таблице индексов, в которой значение ключей связывается с физическим адресом записи. При такой организации доступ к записям осуществляется логически последовательно в порядке возрастания или убывания значения ключа или по значению ключа.
Место записи в файле, ее физический адрес, определяется алгоритмом преобразования для ключа. Доступ к записям возможен только прямой. Алгоритм преобразования ключа называется хешированием. Ключ, использующий алгоритм хеширования, преобразуется в номер записи.
Это организация, при которой осуществляется прямой доступ по порядковому номеру записи или по физическому адресу.
Организация, в которой файл состоит из последовательных подфайлов (разделов), первый из которых является оглавлением и содержит имена и адреса остальных подфайлов. При такой организации осуществляется комбинированныйдоступ: индексный прямой к разделу и последовательный в разделах.
Рисунок 1. Коэффициент блокирования 7
1.Трековый, в котором весь диск подразделяется на треки (дорожки) фиксированной длины, на которых размещаются блоки переменного размера. Адресом блока является тройка:
Единицей выделения памяти является трек или цилиндр. Цилиндр представляет собой область памяти, образованную всеми дорожками, доступными на магнитных поверхностях без перемещения магнитных головок.
2.Секторный, в котором диск разбивается на блоки фиксированного размера, обычно кратного 256 байтам. Адресом блока является его порядковый номер на носителе.
Работа с дисковой памятью включает в себя 4 основные процедуры:
Выделение и освобождение места для файлов на томе аналогично стратегии размещения ОП.
В заключение рассмотрим задание физического расположения файла путем простого перечисления номеров блоков, занимаемых этим файлом. ОС UNIX использует вариант данного способа, позволяющий обеспечить фиксированную длину адреса независимо от размера файла. Для хранения адреса файла выделено 13 полей. Если размер файла меньше или равен 10 блокам, то номера этих блоков непосредственно перечислены в первых десяти полях адреса. Если размер файла больше 10 блоков, то следующее, 11-е поле содержит адрес блока, в котором могут быть расположены еще 128 номеров следующих блоков файла. Если файл больше, чем 10+128 блоков, то используется 12-е поле, в котором находится номер блока, содержащего 128 номеров блоков, которые содержат по 128 номеров блоков данного файла. И, наконец, если файл больше 10+128+128(128, то используется последнее, 13-е поле для тройной косвенной адресации, что позволяет задать адрес файла, имеющего размер максимум: 10+ 128 + 128(128 + 128(128(128.
В некоторых файловых системах запросы к внешним устройствам, в которых адресация осуществляется блоками (диски, ленты), перехватываются промежуточным программным слоем-подсистемой буферизации. Подсистема буферизации представляет собой буферный пул, располагающийся в оперативной памяти, и комплекс программ, управляющих этим пулом и позволяющий выполнять опережающее считывание блоков файла при последовательном доступе. Каждый буфер пула имеет размер, равный одному блоку. При поступлении запроса на чтение некоторого блока подсистема буферизации просматривает свой буферный пул и, если находит требуемый блок, то копирует его в буфер запрашивающего процесса. Операция ввода-вывода считается выполненной, хотя физического обмена с устройством не происходило. Очевиден выигрыш во времени доступа к файлу. Если же нужный блок в буферном пуле отсутствует, то он считывается с устройства и одновременно с передачей запрашивающему процессу копируется в один из буферов подсистемы буферизации. При отсутствии свободного буфера на диск вытесняется наименее используемая информация. Таким образом, подсистема буферизации работает по принципу кэш-памяти. Кроме того, буферизация позволяет одновременно обрабатывать программой текущий блок и читать/писать в другие буфера следующий блок.
Способы организации памяти
Функционально ЗУ любого типа всегда состоят из запоминающего массива, хранящего информацию, и вспомогательных, весьма сложных блоков, служащих для поиска в массиве, записи и считывания (и, если требуется, для регенерации).
Запоминающий массив (ЗМ) состоит из множества одинаковых запоминающих элементов (ЗЭ). Все ЗЭ организованы в ячейки, каждая из которых предназначена для хранения единицы информации в виде двоичного кода, число разрядов которого определяется шириной выборки. Способ организации памяти зависит от методов размещения и поиска информации в ЗМ. По этому признаку различают адресную, ассоциативную и стековую память.
В памяти с адресной организацией размещение и поиск информации в ЗМ основаны на использовании адреса хранения единицы информации, которую в дальнейшем для краткости будем называть словом. Адресом служит номер ячейки ЗМ, в которой это слово размещается. При записи (считывании) слова в ЗМ инициирующая эту операцию команда должна указывать адрес (номер) ячейки, по которому надо произвести запись (считывание).
На рис. 5.2 изображена обобщенная структура адресной памяти.
Цикл обращения к памяти инициализируется поступающим в БУП сигналом «Обращение». Общая часть цикла обращения включает в себя прием в РгА с шины адреса (ША) адреса обращения и прием в БУП управляющего сигнала «Операция», указывающего вид запрашиваемой операции (считывание или запись).
Считывание. БАВ дешифрирует адрес и посылает сигнал, выделяющий заданную адресом ячейку ЗМ. В общем случае БАВ может также посылать в выделенную ячейку памяти сигналы, настраивающие ЗЭ ячейки на запись или считывание. После этого записанное в ячейку слово считывается усилителями БУС и передается в РгИ. Затем в памяти с разрушающим считыванием происходит регенерация информации путем записи слова из РгИ через БУЗ в ту же ячейку ЗМ. Операция считывания завершается выдачей слова из РгИ на выходную информационную шину ШИвых.
Запись. Помимо указанной выше общей части цикла обращения происходит прием записываемого слова с входной шины ШИвх в РгИ. Сама запись в общем случае состоит из двух операций – очистки ячейки и собственно записи. Для этого БАВ сначала производит выборку и очистку ячейки, заданной адресом в РгА. Очистка ячейки ЗМ (приведение в исходное состояние) может осуществляться по-разному. В частности, в памяти с разрушающим считыванием очистку можно производить сигналом считывания слова в ячейке при блокировке БУС (чтобы в РгИ не поступила информация). Затем в выбранную ячейку записывается новое слово.
Необходимость в операции очистки ячейки перед записью, так же как и в операции регенерации информации при считывании, определяется типом используемых ЗЭ, способами управления, особенностями электронной структуры БИС памяти, поэтому в полупроводниковых памятях эти операции могут отсутствовать.
БУП генерирует необходимые последовательности управляющих сигналов, инициирующих работу отдельных узлов памяти. Следует иметь в виду, что БУП может быть весьма сложным устройством (своеобразным управляющим контроллером, имеющим собственную кэш-память), придающим БИСу памяти в целом специальные потребительские свойства, такие как многопортовость, конвейерная выдача информации и т.п.
В памяти этого типа поиск информации происходит не по адресу, а по ее содержанию. Под содержанием информации в данном случае понимается не смысловая нагрузка лежащего на хранении в ячейке памяти слова, а содержание ЗЭ ячейки памяти, т.е. побитовый состав записанного двоичного слова. При этом ассоциативный запрос (признак) также представляет собой двоичный код с определенным побитовым составом. Поиск по ассоциативному признаку происходит параллельно во времени для всех ячеек ЗМ и представляет собой операцию сравнения содержимого разрядов регистра признака с содержимым соответствующих разрядов ячеек памяти. Для организации такого поиска все ЗЭ ЗМ снабжены однобитовыми процессорами, поэтому в ряде случаев память такого типа рассматривают как многопроцессорную систему.
Полностью ассоциативная память большого объема является очень дорогостоящим устройством, поэтому для ее удешевления уменьшают число однобитовых процессоров до одного на ячейку памяти. В этом случае сравнение ассоциативного запроса с содержимым ячеек памяти идет последовательно для отдельных разрядов, параллельно во времени для всех ячеек ЗМ.
При очень больших объемах памяти на определенных классах задач ассоциативный поиск существенно ускоряет обработку данных и уменьшает вероятность сбоя в ЭВМ. Кроме того, ассоциативные ЗУ с блоками соответствующих комбинационных схем позволяют выполнить в памяти достаточно сложные логические операции: поиск максимального или минимального числа в массиве, поиск слов, заключенных в определенные границы, сортировку массива и т.д.
Следует отметить, что ассоциативный поиск можно реализовать и в компьютере с обычной адресной памятью, последовательно вызывая записанные в ячейки памяти слова в процессор и сравнивая их с некоторым ассоциативным признаком (шаблоном). Однако при больших объемах памяти на это будет затрачено много времени. При использовании ассоциативной памяти можно, не считывая слов из ОП в процессор, за одно обращение определить количество слов, отвечающих тому или иному ассоциативному запросу. Это позволяет в больших базах данных очень оперативно реализовать запрос типа: сколько жителей области не представило декларацию о доходах и т.п.
В некоторых специализированных ЭВМ ОП или его часть строится таким образом, что позволяет реализовать как ассоциативный, так и адресный поиск информации.
Упрощенная структурная схема ассоциативной памяти, в которой все ЗЭ ЗМ снабжены однобитовыми процессорами, приведена на рис. 5.3.
Первоначально рассмотрим операцию, называющуюся контроль ассоциации. Эта операция является общей для операции считывания и записи, а также имеет самостоятельное значение.
По входной информационной шине в РгАП поступает n-разрядный ассоциативный запрос, т.е. заполняются разряды от 0 до n-1. Одновременно в РгМ поступает код маски поиска, при этом n-й разряд РгМ устанавливается в 0. Ассоциативный поиск производится лишь для совокупности разрядов РгАП, которым соответствуют 1 в РгМ (незамаскированные разряды РгАП). Для слов, в которых цифры в разрядах совпали с незамаскированными разрядами РгАП, КС устанавливает 1 в соответствующие разряды РгСв и 0 в остальные разряды.
 |
Комбинационная схема формирования результата ассоциативного обращения ФС формирует из слова, образовавшегося в РгСв, как минимум три сигнала:
— a0 – отсутствие в ЗМ слов, удовлетворяющих ассоциативному признаку;
— a1 – наличие одного такого слова;
— a2 – наличие более чем одного слова.
Возможны и другие операции над содержимым РгСв, например подсчет количества единиц, т.е. подсчет слов в памяти, удовлетворяющих ассоциативному запросу, и т.п.
Формирование содержимого РгСв и a0, a1, a2 по содержимому РгАП, РгМ, ЗМ и называется операцией контроля ассоциации.
Считывание. Сначала производится контроль ассоциации по признаку в РгАП.
— a0 = 1 – считывание отменяется из-за отсутствия искомой информации;
— a1 = 1 – считывается в РгИ найденное слово, после чего выдается на ШИвых;
— a2 = 1 – считывается слово, имеющее, например, наименьший номер среди ячеек, отмеченных 1 в РгСв, после чего выдается на ШИвых.
Запись. Сначала отыскивается свободная ячейка (полагаем, что в разряде занятости свободной ячейки записан 0). Для этого выполняется контроль ассоциации при РгАП=111. 10 и РгМ=000. 01, т.е. n-й разряд РгАП устанавливается в 0, а n-й разряд РгМ – в 1. При этом свободная ячейка отмечается 1 в РгСв. Для записи выбирают свободную ячейку, например, с наименьшим номером. В нее записывается слово, поступившее с ШИвх в РгИ.
Следует отметить, что на данной схеме не изображены блоки БУП, БУС, БУЗ, которые есть в реальных устройствах. Кроме того, для построения ассоциативной памяти требуются запоминающие элементы, допускающие считывание без разрушения.
СТЕКОВАЯ ПАМЯТЬ (МАГАЗИННАЯ)
Стековая память, так же как и ассоциативная, является безадресной. Стековая память может быть организована как аппаратно, так и на обычном массиве адресной памяти.
В случае аппаратной реализации ячейки стековой памяти образуют одномерный массив, в котором соседние ячейки связаны друг с другом разрядными цепями передачи слов (рис. 5.4). При этом возможны два типа устройств (а, б), принципы функционирования которых различны. Рассмотрим первоначально структуру на рис. 5.4, а.
Запись нового слова, поступившего с ШИвх, производится в верхнюю (нулевую) ячейку, при этом все ранее записанные слова (включая слово в ячейке 0) сдвигаются вниз, в соседние ячейки, номера которых на единицу больше. Считывание возможно только из верхней (нулевой) ячейки памяти. Основной режим – это считывание с удалением. При этом все остальные слова в памяти сдвигаются вверх, в соседние ячейки с меньшими номерами. В такой памяти реализуется правило: последний пришел – первый ушел. Стеки подобного типа принято называть стеками LIFO (Last In – First Out).
В ряде случаев устройства стековой памяти предусматривают также операцию простого считывания слова из ячейки 0 без его удаления и сдвига остальных слов. При использовании стека для запоминания параметров инициализации контроллеров каких-либо устройств ЭВМ обычно предусматривается возможность считывания содержимого любой ячейки стека без его удаления, т.е. считывание содержимого не только ячейки 0.
О первом слове, посылаемом в стек, говорят, что оно располагается на дне стека. О последнем посланном (по времени) в стек слове говорят, что оно находится в вершине стека. Таким образом, ячейка N-1 – дно стека, а ячейка 0 – вершина.
Обычно аппаратный стек снабжается счетчиком стека СчСт, показывающим общее количество занесенных в память слов (СчСт = 0 – стек пустой). При заполнении стека полностью он запрещает дальнейшие операции записи.
 |
Стековый принцип организации памяти можно реализовать не только в специально предназначенных для этого устройствах. Стековая организация данных возможна и на обычной адресной памяти с произвольным обращением (программный стек). Для организации стека LIFO в этом случае необходима еще одна ячейка памяти (регистр), в которой всегда хранится адрес вершины стека и которая называется указателем стека. Обычно в качестве указателя стека используют один из внутренних регистров процессора. Кроме этого, требуется соответствующее программное обеспечение. Принципы стековой организации данных на обычной адресной памяти иллюстрируются схемой на рис. 5.5.
 |
В отличие от аппаратного стека данные, размещенные в программном стеке, при записи нового числа или считывании не перемещаются. Запись каждого нового слова осуществляется в ячейку памяти, следующую по порядку за той, адрес которой содержится в указателе стека. После записи нового слова содержимое указателя стека увеличивается на единицу (см. рис. 6.5). Таким образом, в программном стеке перемещаются не данные, а вершина стека. При считывании слова из стека происходит обратный процесс. Слово считывается из ячейки, адрес которой находится в указателе стека, после чего содержимое указателя стека уменьшается на единицу.
Если вновь загружаемые в стек слова размещаются в ячейках памяти с последовательно увеличивающимися адресами, стек называют прямым. Если адреса последовательно убывают, то – перевернутым. В большинстве случаев используется перевернутый стек, что связано с особенностями аппаратной реализации счетчиков внутри процессора.
Чем удобна такая форма организации памяти? Забегая вперед, можно отметить, что любая команда, выполняемая в процессоре, в общем случае должна содержать код операции (КОП), адрес первого и второго операндов и адрес занесения результата. Для экономии памяти и сокращения времени выполнения машинной команды процессором желательно уменьшить длину команды. Пределом такого уменьшения является длина безадресной команды, т.е. просто КОП. Именно такие команды оказываются возможными при стековой организации памяти, так как при правильном расположении операндов в стеке достаточно последовательно их извлекать и выполнять над ними соответствующие операции.
Помимо рассмотренной выше стековой памяти типа LIFO в ЭВМ используются стековые памяти другого типа, реализующие правило: первый пришел – первый ушел. Стеки подобного типа принято называть стеками FIFO (First In – First Out). Такая стековая память широко используется для организации различного рода очередей (команд, данных, запросов и т.д.). Обобщенная структура аппаратного стека типа FIFO представлена на рис. 5.4, б.
Как и в предыдущем случае, ячейки стековой памяти образуют одномерный массив, в котором соседние ячейки связаны друг с другом разрядными цепями передачи слов. Запись нового слова, поступившего с ШИвх, осуществляется в верхнюю (нулевую) ячейку, после чего оно сразу перемещается вниз и записывается в последнюю по счету незаполненную ячейку. Если стек перед записью был пустой, слово сразу попадает в ячейку с номером N-1, т.е. на дно стека. Считывание возможно только из нижней ячейки с номером N-1 (дно стека). Основной режим – это считывание с удалением. При этом все последующие (записанные) слова сдвигаются вниз, в соседние ячейки, номера которых на единицу больше. При заполнении стека счетчик (СчСт) запрещает дальнейшие операции записи в стек.
Таким образом, в отличие от стека LIFO, в стеке FIFO перемещается не дно, а вершина. Записываемые в стек FIFO слова постепенно продвигаются от вершины ко дну, откуда и считываются по мере необходимости, причем темп записи и считывания определяются внешними управляющими сигналами и не связаны друг с другом.
Программная реализация стека FIFO в настоящем разделе не рассматривается, поскольку на практике используется достаточно редко.