قبل از در نظر گرفتن فناوری سازماندهی فیزیکی حافظه در رایانه، لازم است به موارد زیر توجه شود:

1. حافظه در رایانه دارای سازماندهی چند سطحی است.

2. حافظه بر اساس روش دسترسی به داده ها طبقه بندی می شود.

تمام انواع حافظه هایی که دارای ساختار آدرس هستند بر اساس اصل مطابقت یک به یک بین هر عنصر از مجموعه فضای آدرس و هر عنصر از مجموعه داده های ذخیره شده در حافظه عمل می کنند.

حافظه با دسترسی متوالی امکان دسترسی تصادفی به یک عنصر حافظه را که دسترسی به آن توسط یک الگوریتم صف در ساختار حافظه با سازماندهی همگن آن یا توسط یک الگوریتم دسترسی متوالی از سطح بالابه پایین ترین سطح در یک سازمان چند سطحی (سیستم فایل).

حافظه انجمنی از یک علامت تداعی (برچسب، که می تواند یک کد، کلید، آدرس یا بخشی از آن باشد) برای جستجوی یک عنصر داده در حافظه استفاده می کند. حافظه آدرس، که یک کپی از آن را ذخیره می کند). به همین دلیل، یک عنصر داده را می توان در هر نقطه از حافظه قرار داد، که اصل مطابقت یک به یک مشخصه ساختارهای حافظه آدرس پذیر را نقض می کند.

3. با روش ذخیره سازی.

استاتیک

پویا

دائمی

فلش مموری

4.حافظه در کامپیوتر دارای ساختار ماژولار است. این بر اساس یک طراحی ماژولار است که با افزایش یا کاهش تعداد ماژول ها در پیکربندی، امکان تشکیل حجم متغیر یک واحد ذخیره سازی را فراهم می کند.

حافظه فیزیکی یک سیستم کامپیوتری به دو دسته خارجی و عملیاتی تقسیم می شود. حافظه خارجی برای ذخیره سازی طولانی مدتاطلاعات و در حالت غیرفعال سیستم محاسباتی حتی در صورت خاموش بودن ذخیره می شود.

حافظه خارجی در مدرن سیستم های محاسباتی ah عمدتاً بر روی دیسک ها و نوارهای مغناطیسی و همچنین انواع مختلف حافظه های غیر فرار پیاده سازی می شود.

حافظه خارجی به صورت فیزیکی به عنوان دستگاه های سیستم ورودی/خروجی پیاده سازی می شود که از طریق رابط های ورودی/خروجی با پردازنده و حافظه ارتباط برقرار می کنند که عملکرد آن بر اساس دو راه حل معماری متفاوت است: گذرگاه سیستم و کانال های ورودی/خروجی.

با توجه به حافظه دسترسی تصادفیسازماندهی فیزیکی و منطقی که موضوع این مبحث است از نظر ساختاری به دو بخش یک دستگاه ذخیره سازی و یک واحد کنترل یا کنترل کننده حافظه تقسیم می شود.

کنترل کننده حافظه هماهنگ کننده RAM است، به رابط های با پردازنده و سیستم ورودی/خروجی متصل است و درخواست هایی را از آنها برای داده دریافت می کند، هم برای نوشتن حافظه و هم خواندن از روی آن.

پس از دریافت درخواست، کنترل کننده آن را در صف دسترسی به یک دستگاه ذخیره سازی (SD) با توجه به اولویت قرار می دهد، اولویت را به سیستم ورودی/خروجی می دهد و ارتباط با دستگاه ذخیره سازی را مطابق با پروتکل رابط اتصال آنها سازماندهی می کند.

عملکرد کنترل کننده حافظه مستقیماً به پیچیدگی عملکرد سیستم بستگی دارد. به عنوان مثال، در سیستم‌های متقارن چند پردازنده‌ای، کنترل‌کننده حافظه هماهنگ‌کننده درخواست‌ها برای داده‌ها از تمام پردازنده‌های سیستم است، آنها را برای اجرا می‌پذیرد یا در صورتی که داده‌ها قبلاً توسط پردازنده دیگری پردازش می‌شوند، موقتاً آنها را مسدود می‌کند، بنابراین از انسجام داده‌ها در سیستم.

رم مدرن در سیستم های محاسباتی، از نظر روش ذخیره سازی، در بیشتر موارد به حافظه پویا اشاره دارد که به طور دوره ای نیاز به حالتی برای بازیابی اطلاعات در حافظه در حین کار دارد، یعنی چرخه های بازسازی، که طی آن دسترسی عوامل خارجی به حافظه مسدود می شود. سازماندهی این چرخه ها و فرکانس آنها در عملکردهای کنترل کننده گنجانده شده است.

برای کاهش تأثیر چرخه های بازسازی بر عملکرد حافظه، آنها شروع به استفاده کردند روش های مختلف. این اولاً استفاده از فناوری ساخت حافظه ماژولار با سازماندهی بانک ها و آدرس های متناوب است، یعنی با قرار دادن داده ها با آدرس های زوج و فرد در ماژول های حافظه (تراشه) مختلف که می توان به طور همزمان در یک چرخه حافظه به آنها دسترسی داشت. بنابراین، در غیاب حالت نمونه‌گیری دسته‌ای، یعنی نمونه‌برداری همزمان از داده‌ها در آدرس‌های زوج و فرد، نمونه‌گیری داده‌ها را در یک ماژول با چرخه بازسازی در دیگری ترکیب می‌کند.

آنها همچنین شروع به استفاده از حالت بازسازی خودکار سلول های حافظه کردند که برای داده ها در حالت خواندن قابل دسترسی است و حالت بازسازی داخلی تمام سلول های حافظه در ریزمدارها. اما برای این منظور باید در هر چیپ حافظه یک کنترلر داخلی تعبیه می شد و کارکردهای فوق و سایر عملکردها را به آن اختصاص می داد و کنترل کننده خارجی را برای کارهای مهمتر دیگر آزاد می کرد.

در مورد معماری خود دستگاه های ذخیره سازی که برای ذخیره سازی در نظر گرفته شده اند،

نوشتن و خواندن داده ها، می توان به موارد زیر اشاره کرد.

استفاده به عنوان عناصر حافظه در مرحله اولیه توسعه فناوری رایانه لوله های خلاءو متعاقباً هسته های فریت و در نهایت تغییر به فناوری نیمه هادی، که شروع به استفاده از خواص خازنی تخلیه ایزوله ترانزیستور اثر میدانی کرد. هدف نهایی این تغییرات حل مشکلات زیر بوده و خواهد بود:

افزایش ظرفیت حافظه

افزایش عملکرد

قابلیت اطمینان ذخیره سازی را افزایش می دهد و مصرف انرژی حافظه را کاهش می دهد.

اگر حافظه سیستم رایانه های مدرن 32 بیتی با گذرگاه آدرس حافظه 32 بیتی امکان افزایش ظرفیت آنها را تا 4 گیگابایت فراهم می کند، پس برای رایانه های نسل 2 و 3 با حافظه فریت ظرفیت حتی ابر رایانه های آن زمان وجود دارد. بنابراین ظرفیت حافظه BESM6 ابررایانه داخلی در یک زمان حدود 768 کیلوبایت بود که حتی به حد مجاز مگابایت هم نمی رسید.

جهش در ظرفیت RAM با معرفی فناوری نیمه هادی در ساخت دستگاه های ذخیره سازی حافظه رخ داد که به لطف آن ظرفیت RAM از آستانه مگابایت گذشت. یکی از اولین کامپیوترهایی که چنین حافظه ای داشت IBM7030 در سال 1961 بود که حجم حافظه آن 2 مگابایت بود. پیشرفت های طراحی در این ماشین بعدها در سری معروف ماشین های IBM360 و IBM370 مورد استفاده قرار گرفت. این ماشین ها که دارای گذرگاه های آدرس حافظه 24 بیتی هستند، این قابلیت را داشتند که ظرفیت حافظه خود را تا 16 گیگابایت افزایش دهند. با معرفی گذرگاه 32 بیتی در رایانه هایی مانند ESA370، IBM4381، اگرچه حافظه از محدودیت گیگابایت عبور نکرد، اما می توان آن را از 16 به 64 مگابایت افزایش داد.

به عنوان مثال، معماری های مین فریم Z مدرن، مانند Z9BC، توانایی گسترش تا 64 GBT، داشتن گذرگاه 64 بیتی، و کامپیوتر Z10 حتی تا 1.5 TRBT را دارند.

در مورد رایانه های داخلی ما، ظرفیت رم دستگاه های سری 3 اتحادیه اروپا (EC1046، EC1066) به 8 مگابیت رسید، ماشین هایی که قرار بود در این مرحله به مسیر توسعه تاریخی خود پایان دهند.

همچنین رایانه هایی از کلاس ابر رایانه وجود داشت که برای اهداف دفاعی در نظر گرفته شده بود، سیستم های دفاع موشکی که دارای ظرفیت حافظه بودند اندازه بزرگتربه عنوان مثال پروژه M13 (ظرفیت رم این ابررایانه را می توان تا 34 مگابایت افزایش داد).

یکی از ویژگی های اصلی بعدی سازماندهی فیزیکی حافظه، زمان بازیابی اطلاعات است که برای رایانه های نسل دوم با حافظه روی هسته های مغناطیسی 10-12 میکروثانیه بود. و تنها با معرفی حافظه نیمه هادی، زمان بازیابی داده ها به اندازه ای کاهش یافت و از 1.5 به 0.5 میکروثانیه تبدیل شد.

حافظه پویا به دلیل ماهیت و روش ذخیره سازی داده ها، با وجود بیشتر بودن آن ساختار سادهنسبت به استاتیک، اینرسی ترین، یعنی کندترین بخش سیستم محاسباتی است، و حتی با کاهش قابل توجهی در چرخه های دسترسی، در حال حاضر به همین شکل باقی می ماند.

این دلیل ساخت حافظه چند سطحی در محاسبات است سیستم ها، شاملکه شامل فایل های رجیستر و عدد متفاوتسطوح حافظه بافر پرسرعت ساخته شده بر روی عناصر ذخیره سازی استاتیک (ماشه).

معماری مدرنسیستم های محاسباتی با مفاهیمی مانند حافظه مجازی عمل می کنند که نگاشت آن به حافظه فیزیکی با ترکیبی از RAM و حافظه خارجی نشان داده می شود. این در نتیجه ایده ارائه شده توسط دانشمندان انگلیسی در دانشگاه منچستر امکان پذیر شد که ماهیت آن جدا کردن مفاهیم اندازه فضای آدرس از اندازه خاص RAM آدرس پذیر در سیستم بود. بنابراین، فضای آدرس سیستم مستقل از اندازه RAM شد و شروع به ارائه به برنامه نویس به عنوان حافظه مجازی کرد و به او فرصت های زیادی در هنگام نوشتن برنامه ها بدون محدود کردن خود به اندازه RAM داد.

برای اجرای این ایده، لازم بود مفاهیمی مانند آدرس‌های منطقی و صفحات مجازی که حوزه‌های حافظه یک معین را نشان می‌دهند، معرفی شوند. اندازه مساوی، که کل فضای آدرس شروع به تقسیم شدن کرد حافظه مجازی.

حافظه واقعی شروع به تقسیم به صفحات فیزیکی کرد که اندازه آنها مطابق با اندازه بود صفحات مجازی.

در واقع محتویات حافظه مجازی را می توان در حافظه رم قرار داد و سپس صفحه مجازی وضعیت یک صفحه فیزیکی را به دست آورد و در هر قسمت از رم به صلاحدید شما مجاز بود. سیستم عاملیا در عکس حالت حافظه حافظه خارجی.

بنابراین، یک سیستم محاسباتی که مکانیزم مجازی سازی حافظه را پیاده سازی می کند، باید مکانیزمی برای انتقال محتویات صفحات مجازی از حافظه خارجی به حافظه عملیاتی و بازگشت در حین اجرای برنامه داشته باشد. این مکانیسم نامیده می شود سیستم فایلیک مکانیسم تغییر مسیر پویا، به عنوان مثال، در سیستم های IBM یا مکانیزم صفحه بندی در پردازنده های اینتلتبدیل آدرس های مجازی به آدرس های فیزیکی را انجام دهید.

مفهوم آدرس های منطقی معرفی شد. آدرس‌های دستورات و داده‌های تولید شده در حین اجرای دستورات در پردازنده وضعیت منطقی را به دست آوردند، زیرا آنها دیگر با آدرس‌های حافظه فیزیکی مطابقت ندارند، بلکه فقط به مکان آنها در فضای آدرس اشاره می‌کنند. کد برنامه.

علاوه بر این، این امکان برای سیستم فراهم شده است که چندین فضای آدرس مجازی داشته باشد که دارای طرح های خاص خود برای تبدیل آدرس های منطقی به آدرس های فیزیکی هستند.

حافظه مجازی یک شیء سیستمی است که در سطح سیستم عامل در نظر گرفته می شود و بنابراین ساختار آن برای توصیف از نظر ویژگی مناسب تر است سازماندهی منطقیحافظه

قبل از مشخص کردن سازماندهی منطقی حافظه، باید توجه داشت که آدرس دهی حافظه فیزیکی بایت به بایت انجام می شود، یعنی حداقل واحد آدرس پذیر یک بایت است و بنابراین همه اندازه های عناصر ساختاری سازماندهی منطقی حافظه باید مضربی از تعداد صحیح بایت های موجود در آنها باشد.

این برنامه با مفاهیمی مانند عملگر، عملوندها، ثابت ها، متغیرها که به شکل عددی یا نمادین بیان می شوند، عمل می کند. در نتیجه ترجمه کد برنامه، آنها کدهای باینری متشکل از تعداد صحیح بایت را نشان می دهند که هنگام اجرای برنامه در RAM قرار می گیرند. بایت ها در کلمات، کلمات به خطوط، خطوط به صفحات، صفحات به بخش ها ترکیب می شوند.

برای سازماندهی منطقی حافظه، ترتیب بایت ها در حافظه مهم است. مرسوم است که بایت ها را به ترتیب در حافظه از چپ به راست مرتب می کنند و مقادیر آدرس های آنها را یک بار افزایش می دهند.

پارتیشن بندی حافظه مجازی و فیزیکی به صفحات و بخش ها نه تنها نگاشت صفحات مجازی به حافظه فیزیکی را امکان پذیر می کند، بلکه می تواند مناطق را نیز توصیف کند. فضای خطیو حافظه فیزیکی، با در نظر گرفتن هدف و حقوق دسترسی آنها توسط برنامه ها در به اصطلاح توصیفگرهای مربوط به هر بخش و هر صفحه. بنابراین، یک مکانیسم حفاظتی هنگام دسترسی به RAM اجرا می شود.

و بنابراین سطح سیستم عامل مکانیزمی برای تقسیم حافظه مجازی و فیزیکی به صفحات و بخش ها در اختیار دارد که از آن به عنوان ابزاری برای تشکیل ساختار حافظه منطقی سیستم استفاده می کند. اما مناطقی در RAM وجود دارد که فقط آدرس دهی فیزیکی برای آنها استفاده می شود. در این مناطق، سیستم عامل معمولا جداول مورد استفاده در هنگام تبدیل آدرس های حافظه منطقی به آدرس های فیزیکی را قرار می دهد. الف. همچنین انواع مختلف اطلاعات رسمی که دسترسی به آنها فقط از طرف آن مجاز است. به این مناطق، مناطق حافظه تخصیص دائمی می گویند که اندازه آنها توسط معماری سیستم و سیستم عامل تعیین می شود.

یک مدل مسطح و چند بعدی از حافظه منطقی وجود دارد. مفهوم یک مدل حافظه مسطح با سازماندهی RAM پیشنهاد شده توسط فون نویمان، یعنی با قرار دادن دستورالعمل ها و داده ها در یک منطقه مشترک از حافظه فیزیکی و کنترل بر ترتیب قرار دادن آنها مرتبط است. به خود برنامه نویس این مدل مشکلات خاصی را ایجاد کرد و نیاز به تلاش های اضافی از برنامه نویس در هنگام نوشتن برنامه داشت. اولین تلاش برای بهبود مدل حافظه مسطح، معرفی مکانیزم تقسیم بندی برای جدا کردن مناطق برای دستورالعمل ها و داده ها بود. این مدل امن مسطح نامیده شد که در آن مناطق فرمان و داده همچنان در اندازه حافظه فیزیکی قرار دارند، اما در مکان‌های مختلف، دسترسی به آن از طریق آدرس‌های ابتدایی بخش‌ها در توصیفگرها نشان داده می‌شد و اندازه آن محدود بود. با مقدار حدی که در آنها مشخص شده است. بنابراین، ساده ترین مکانیسم حفاظت از حافظه اجرا شد. این فناوری یادآور فناوری مدل حافظه معماری هاروارد بود، اما در حافظه فیزیکی مشترک برای دستورالعمل ها و داده ها اعمال می شد. متعاقباً یک مدل حافظه چند بخش مسطح معرفی شد که در آن مناطق دیگری که نه تنها برای ذخیره دستورات و داده ها در نظر گرفته شده بودند توسط یک مکانیسم حفاظتی کنترل شدند.

مدل حافظه با معرفی حافظه مجازی چند بعدی شد که در آن آدرس های منطقی به چند قسمت تقسیم شدند که هر کدام مشمول تبدیل جدول بودند. تعداد مکانیسم های دخیل در تبدیل، چند بعدی بودن حافظه منطقی را تعیین می کند. با تبدیل آدرس صفحه، حافظه یک بعدی می شود، که در آن، در ساده ترین شکل، گروه متشکل از مهم ترین بیت های آدرس منطقی تبدیل می شود. تعداد این بیت ها در گروه یا بهتر است بگوییم توان 2 که با این تعداد بیت تعیین می شود، تعداد صفحات مجازی در حافظه مجازی را تعیین می کند. بیت های مرتبه پایین آدرس منطقی تبدیل نمی شوند و افست، یعنی مکان داده ها در صفحه فیزیکی را تعیین می کنند. از آنجایی که تعداد صفحات حافظه مجازی بسیار زیاد است، مهم ترین گروه بیت های آدرس منطقی به چند گروه تقسیم می شوند. در نتیجه، به جای جدول تک صفحه ای، موتور تبدیل از چندین مجموعه جداول استفاده می کند سایز کوچکتر. تعداد جداول موجود در مجموعه نیز با درجه تعیین شده توسط تعداد بیت های آدرس در گروه پس از گروه آدرس های پایین آدرس منطقی تعیین می شود و تعداد مجموعه ها برابر با تعداد خواهد بود. خطوطی در فهرست صفحات، که اندازه آنها به تعداد بیت های گروهی که اندازه فهرست را تعیین می کند، بستگی دارد. ساختاری که در بالا توضیح داده شد، اگر گروه بیت های مرتبه بالای آدرس منطقی به سه قسمت تقسیم شود، معمولی خواهد بود.

بیایید ببینیم چه سخت افزاری برای تبدیل آدرس های منطقی به آدرس های فیزیکی مورد نیاز است.

همانطور که در بالا ذکر شد، کم‌اهمیت‌ترین گروه بیت‌های آدرس منطقی تبدیل نمی‌شوند و نشان‌دهنده افست، یعنی مکان اولین بایت از داده‌های آدرس در صفحه فیزیکی است.

مکانیسم گام به گام برای تبدیل یک آدرس منطقی به یک آدرس فیزیکی (زمانی که قسمت بالای آدرس منطقی به دو قسمت تقسیم می شود) به ترتیب زیر انجام می شود:

1. یک ردیف در جدول قابل دسترسی است که توسط گروه بیت های مرتبه بالا از آدرس منطقی تعریف شده است که به عنوان دایرکتوری صفحه تفسیر می شود. جدول در رم قرار دارد. آدرس ردیف با اضافه کردن آدرس پایه، نشان دهنده ابتدای مکان جدول در حافظه، تشکیل می شود و قبلاً در ثبت سیستم در پردازنده بارگذاری می شود. عبارت دوم، کدی است که در گروه مهم ترین ارقام قرار دارد.

2. در نتیجه، یک خط دایرکتوری از حافظه خوانده می شود که حاوی ویژگی ها و آدرس پایه جدول صفحه مربوط به این خط دایرکتوری است.

3. یک چرخه دسترسی به حافظه به یک ردیف در جدول صفحه سازماندهی شده است. آدرس خط با افزودن آدرس پایه خوانده شده از خط دایرکتوری و کد مربوط به مقدار بیت های گروه زیر گروه بیت های دایرکتوری تشکیل می شود.

4. خط خوانده شده از جدول صفحه حاوی آدرس پایه صفحه فیزیکی در حافظه است که به جمع کننده می رود، جایی که با جمع کردن با مقدار گروه بیت های مرتبه پایین آدرس منطقی، نشان دهنده افست در آدرس است. منطقه صفحه فیزیکی، آدرس فیزیکی دسترسی حافظه تشکیل می شود.

و بنابراین، مطابق با الگوریتم توضیح داده شده در بالا، پشتیبانی سخت افزاری برای تبدیل آدرس های منطقی به آدرس های فیزیکی عبارت است از:

1. یک منطقه از RAM اختصاص داده شده برای ذخیره جداول. این ناحیه فضایی است که مکانیسم تبدیل در آن عمل نمی کند.

2. وجود رجیسترهای کنترلی در پردازنده برای ذخیره آدرس پایه نشان دهنده محل جدول اولیه در حافظه.

3. جمع کننده برای انجام عملیات جمع حساب آدرس.

4. وجود رجیسترهای بافر یا کش های حافظه که برای ذخیره نتایج مراحل تبدیل آدرس های منطقی به آدرس های فیزیکی کاملاً مرتبط هستند.

جدیدترین سخت افزار برای افزایش عملکرد سیستم ضروری است، زیرا نیازی به انجام یک چرخه کامل از تبدیل هر بار که دسترسی به حافظه در همان صفحه فیزیکی اتفاق می افتد وجود ندارد، که مختصات آن در اولین باری که به آن دسترسی پیدا شد محاسبه شد.

معرفی یک مکانیسم تقسیم بندی اضافی هنگام تبدیل آدرس های منطقی، مدل حافظه را دو بعدی می کند. مکانیسم تقسیم بندی یک فضای آدرس خطی از حافظه مجازی را تشکیل می دهد، که در نتیجه تبدیل، شامل بخش هایی است که کدهای برنامه و داده ها در آنها قرار دارند، بنابراین یک بعد از حافظه منطقی را تعریف می کند، بعد دوم مکانیسم صفحه بندی را که نشان دهنده حافظه است، تعریف می کند. به عنوان مجموعه ای از صفحات مجازی

لازم به ذکر است که ایدئولوژی تقسیم بندی حافظه مجازی در سیستم های محاسباتی تفسیر می شود متفاوت. برای مثال، مرحله تقسیم‌بندی در فرآیند تبدیل آدرس‌های منطقی به آدرس‌های فیزیکی در سیستم‌های IBM (سرورهای IBM360، IBM370، Zarchitecture) از مرحله تبدیل صفحه جدایی‌ناپذیر است و مانند سیستم‌های INTEL، مرحله قبل قبل از مرحله تبدیل صفحه است. ، فقط توسط قسمت بالای آدرس های آدرس منطقی کنترل می شود ، قسمت میانی آدرس و گروه پایین آدرس ها فقط در صفحه بندی دخالت دارند. بنابراین، پیاده سازی یک ارتباط منطقی جدایی ناپذیر بین مراحل، تقسیم حافظه مجازی ابتدا به بخش ها-منطقه ها سایز بزرگو سپس به صفحات تقسیم می شود.

در سرورهای Zarchitecture اندازه آدرس مجازی به 64 بیت افزایش یافت که امکان آدرس دهی حافظه مجازی تا 16 اگزابایت را فراهم کرد. در مورد چندبعدی بودن حافظه منطقی در این سرورها، سخت افزار آنها این امکان را فراهم می کند که تا 4 نوع فضای آدرس مجازی مستقل از یکدیگر داشته باشند که تعداد فضاهای دو تای آنها هر کدام 64K و در دو مورد باقیمانده هر کدام 16 عدد است. تبدیل جدول خود را برای هر نوع، که برای ساخت نهادهای منطقی مجازی استفاده می شود - پارتیشن های منطقی، که هر کدام دارای سیستم عامل خاص خود هستند. هر نوع آدرس مجازی مرتبط با نوع حافظه مجازی خود، تابع مکانیسم تبدیل یکسانی با مجموعه جداول خاص خود است. بنابراین، با پیروی از مفاهیم و اصطلاحات مطرح شده در بالا، حافظه موجود در این سرورها را می توان مجموعه ای از 4 نوع حافظه مجازی تک بعدی با تبدیل پنج مرحله ای در نظر گرفت که دارای پنج نوع ناحیه صفحه، سگمنت، ناحیه1، ناحیه2، منطقه 3.

طرح تبدیل آدرس مجازی در سرورهای Zarchitecture

بخش مهمی از سیستم های محاسباتی حافظه است. سازماندهی تعامل بین پردازنده و حافظه مشخصه های اصلی سیستم محاسباتی را تعیین می کند؛ عناصر باقی مانده اتصال این پیوند را با دستگاه های خارجی و دنیای خارج تضمین می کنند. حافظه از طریق گذرگاه آدرس، گذرگاه داده و گذرگاه کنترل به کنترل کننده حافظه (دستگاه مدیریت حافظه) متصل می شود. عرض گذرگاه داده تعیین می کند که چند بیت باینری را می توان همزمان (به صورت موازی) از حافظه خواند. هر رقم باینری (1 بیت) توسط یک عنصر حافظه ذخیره می شود. عناصر حافظه از انواع مختلف بر اساس اصول فیزیکی مختلف برای ضبط و ذخیره اطلاعات ساخته شده اند. عناصر حافظه در سلول های حافظه ترکیب می شوند. در این حالت، تمام عناصر سلول به طور همزمان، به یک شکل آدرس دهی می شوند و به گونه ای سازماندهی می شوند که بتوانند به طور همزمان داده ها را به گذرگاه داده خروجی دهند. چنین سلول های ترکیبی یک کلمه را تشکیل می دهند. تعداد بیت های داده ای که در یک زمان از حافظه خوانده می شود، طول نمونه نامیده می شود. برای ذخیره 1 بایت، 8 عنصر حافظه استفاده می شود، سلول های حافظه هشت بیتی با استفاده از یک گذرگاه داده به عرض 8 خط سازماندهی می شوند.

از تراشه های حافظه برای ایجاد ماژول های حافظه استفاده می شود که در اسلات های مخصوص (کانکتورها) سیستم کامپیوتری نصب می شوند. در حال حاضر رایج ترین ماژول های DIMM- ماژول های حافظه با دو ردیف مخاطب.

عرض گذرگاه آدرس، فضای آدرس را تعیین می کند، یعنی تعداد سلول های حافظه را که می توان مستقیماً آدرس دهی کرد. اگر عرض گذرگاه آدرس n باشد، تعداد تمام ترکیب های باینری ممکن (تعداد آدرس ها) به صورت N = 2n تعیین می شود.

برنج. 1. سازماندهی ارتباط بین سیستم حافظه و پردازنده

حافظه یک دستگاه محاسباتی می تواند سه عملیات را انجام دهد:

الف) ذخیره سازی اطلاعات؛

ب) ثبت اطلاعات؛

ج) خواندن اطلاعات

مشخصات حافظه:

ظرفیت حافظه حداکثر مقدار اطلاعات ذخیره شده در حافظه را تعیین می کند و بر حسب بیت، بایت، کیلوبایت، مگابایت، گیگابایت، ترابایت و غیره اندازه گیری می شود.

ظرفیت ویژه به عنوان نسبت ظرفیت حافظه به حجم فیزیکی که اشغال می کند تعریف می شود.

تراکم ثبت اطلاعات به عنوان مقدار اطلاعات در واحد سطح حامل اطلاعات یا در واحد طول حامل اطلاعات تعریف می شود.

زمان دسترسی به حافظه عملکرد حافظه با طول مدت عملیات هنگام دسترسی به حافظه تعیین می شود. زمان دسترسی هنگام نوشتن و زمان دسترسی هنگام خواندن به ترتیب مجموع زمان جستجوی یک سلول حافظه در یک آدرس داده شده و نوشتن یا خواندن واقعی است.

طبقه بندی حافظه:

حافظه با دسترسی تصادفی

برای حافظه با دسترسی تصادفی (حافظه الکترونیکی)، زمان دسترسی به محل بخش حافظه مورد نظر بستگی ندارد. انتخاب سلول با آدرس با استفاده از مدارهای الکترونیکی انجام می شود.

دسترسی چرخه ای مستقیم

هنگام تماس حافظه دیسکدسترسی چرخه ای مستقیم استفاده می شود. محیط ذخیره سازی به طور مداوم می چرخد، بنابراین توانایی دسترسی به همان منطقه حافظه چرخه ای است.

دسترسی سریال

دسترسی متوالی به داده ها هنگام استفاده از نوار مغناطیسی به عنوان یک رسانه امکان پذیر است، جایی که مشاهده متوالی بخش هایی از رسانه برای یافتن داده های مورد نیاز ضروری است.

حافظه بدون آدرس

دستگاه های ذخیره سازی مبتنی بر پشته و انجمنی را می توان به عنوان بدون آدرس طبقه بندی کرد. هنگام دسترسی به حافظه بدون آدرس، دستور دسترسی به حافظه آدرس سلول را مشخص نمی کند. در دستگاه های حافظه انباشته، آدرس سلول حافظه توسط یک ثبت آدرس خاص ردیابی می شود. هنگام دسترسی به پشته، آدرس این ثبات تنظیم می شود. هنگام تماس حافظه انجمنیجستجوی اطلاعات توسط ویژگی (برچسب) با مقایسه برچسب های تمام سلول های حافظه با ویژگی انجمنی انجام می شود. ویژگی associative برای انجام عملیات مقایسه در یک ثبات ویژگی خاص نوشته شده است.

طبقه بندی حافظه بر اساس هدف عملکردی:

ROM - دستگاه های حافظه فقط خواندنی یا ROM (حافظه فقط خواندنی) برای ذخیره داده های دائمی و برنامه های کاربردی استفاده می شود.

SRAM - حافظه دسترسی تصادفی فوق العاده، مجموعه ای از ثبات ها است همه منظوره- RON، در نظر گرفته شده برای ذخیره عملوندها و نتایج یک عملیات در پردازنده.

RAM - حافظه دسترسی تصادفی یا RAM (حافظه دسترسی تصادفی - حافظه با دسترسی تصادفی)، برای ذخیره برنامه در حال اجرا و داده های عملیاتی استفاده می شود. اگر بتوان به هر ثباتی برای نوشتن/خواندن با آدرس آن دسترسی داشت، آنگاه چنین ساختار رجیستری یک RAM دسترسی تصادفی را تشکیل می دهد.

طبقه بندی بر اساس روش ذخیره سازی اطلاعات:

حافظه ایستا

در دستگاه‌های ذخیره‌سازی استاتیک، LSI‌ها بر روی عناصر حافظه ماشه دویستی ساخته می‌شوند (دارای دو حالت پایدار - از این رو نام حافظه).

حافظه پویا

دستگاه های حافظه پویا از LSI های ارزان تری استفاده می کنند که در آن عنصر ذخیره سازی یک خازن است. خازن با گذشت زمان تخلیه می شود (این دینامیک است)، بنابراین لازم است مقدار پتانسیل با شارژ مجدد خازن حفظ شود. این فرآیند بازسازی نامیده می شود.

حافظه پایدار

در دستگاه‌های حافظه فقط خواندنی، عنصر ذخیره‌سازی یک پیوند ذوب شده یا همجوشی است دیود نیمه هادی، ایفای نقش یک جامپر تخریب پذیر. در رام‌های قابل برنامه‌ریزی مجدد، سلول‌های ساخته شده از ترانزیستورهای MOS با یک گیت شناور و عایق برای ثبت و ذخیره اطلاعات استفاده می‌شوند؛ زمانی که جریان از کانال منبع/درین عبور می‌کند، اطلاعات به صورت الکتریکی ثبت می‌شوند، بارها روی گیت سپرده می‌شوند و تا زمانی که ذخیره می‌شوند. دلخواه. پاک کردن اطلاعات با اعمال یک ولتاژ علامت متفاوت به بخش منبع / تخلیه در رام های قابل برنامه ریزی مجدد با پاک کردن الکتریکی یا تابش با اشعه ماوراء بنفش در رام های با پاک کردن فرابنفش انجام می شود.

حافظه هولوگرافیک

در دستگاه های ذخیره سازی هولوگرافیک، اطلاعات در حجم یک کریستال هولوگرافیک به شکل یک عکس فوری از تداخل دو موج، مرجع و اطلاعات ذخیره می شود. این نوع از دستگاه های ذخیره سازی امیدوار کننده دارای تراکم بالایی از ضبط اطلاعات است و در حال حاضر در حال توسعه است.

حافظه بیولوژیکی

دستگاه های ذخیره سازی بیولوژیکی از تغییرات در وضعیت مولکول های آلی استفاده می کنند که توانایی ذخیره بار و تبادل الکترون برای ثبت اطلاعات را دارند.

حافظه روشن است رسانه مغناطیسی

در دستگاه‌های ذخیره‌سازی خارجی در رسانه‌های مغناطیسی، اطلاعات به شکل بخش‌هایی از سطح فرومغناطیسی یک دیسک یا نوار مغناطیسی مغناطیسی در جهت خاصی ذخیره می‌شوند.

حافظه نوری

در دستگاه‌های ذخیره‌سازی خارجی نوری، اطلاعات در قالب بخش‌هایی ثبت می‌شوند شانس های مختلفپراکندگی نور از یک پرتو لیزر هدایت شده

حافظه یکی از اجزای اصلی هر کامپیوتر است. ظرفیت و سرعت آن تا حد زیادی عملکرد کل را تعیین می کند سیستم کامپیوتری. در این شماره، بیشترین فن آوری های مهمایجاد و جزئیات سازماندهی حافظه

جدول 9.1. سلسله مراتب زیر سیستم حافظه رایانه شخصی

№	نوع حافظه	1985			2000
		زمان نمونه برداری	حجم معمولی	قیمت/بایت	زمان نمونه برداری	حجم معمولی	قیمت/بایت
1	حافظه فوق عملیاتی (رجیسترها)	0.2 5 ns	16/32 بیت	$ 3 - 100	0.01 1 ns	32/64/128 بیت	$ 0,1 10
2	حافظه بافر پرسرعت (کش)	20 100 ns	8 کیلوبایت - 64 کیلوبایت	~ $ 10	0.5 - 2 ns	32 کیلوبایت 1 مگابایت	$ 0,1 - 0,5
3	حافظه عملیاتی (اصلی).	~ 0.5 میلی‌ثانیه	1 مگابایت - 256 مگابایت	$ 0,02 1	2 ns 20 ns	128 مگابایت - 4 گیگابایت	$ 0,01 0,1
4	حافظه خارجی (حافظه انبوه)	10-100 میلی‌ثانیه	1 مگابایت - 1 گیگابایت	$ 0,002 - 0,04	5 - 20 میلی‌ثانیه	1 گیگابایت - 0.5 ترابایت	$ 0,001 - 0,01

رجیسترهای پردازنده، زمینه آن را تشکیل می‌دهند و داده‌های مورد استفاده در دستورالعمل‌های پردازشگر در حال اجرا را ذخیره می‌کنند. رجیسترهای پردازنده معمولاً با نامهای یادگاری در دستورات پردازنده قابل دسترسی هستند.

حافظه پنهانبرای مطابقت با سرعت CPU و حافظه اصلی استفاده می شود. سیستم های کامپیوتری از کش چند سطحی استفاده می کنند: کش سطح I (L1)، کش سطح دوم (L2) و غیره. سیستم های دسکتاپ معمولا از کش دو سطحی استفاده می کنند، در حالی که سیستم های سرور معمولا از کش سه سطحی استفاده می کنند. حافظه پنهان دستورالعمل ها یا داده هایی را ذخیره می کند که احتمالاً در آینده نزدیک توسط پردازنده برای پردازش دریافت می شود. عملکرد حافظه کش شفاف است نرم افزار، از همین رو حافظه کشمعمولاً به صورت برنامه ای در دسترس نیست.

رمبه عنوان یک قاعده، ماژول های نرم افزاری کامل (هسته سیستم عامل، اجرای برنامه ها و کتابخانه های آنها، درایورهای دستگاه مورد استفاده و غیره) و داده های آنها را به طور مستقیم در عملکرد برنامه ها ذخیره می کند و همچنین برای ذخیره نتایج محاسبات یا استفاده می شود. پردازش دیگر داده ها قبل از ارسال به حافظه خارجی، دستگاه های خروجی داده یا رابط های ارتباطی.

هر سلول حافظه دسترسی تصادفییک آدرس منحصر به فرد اختصاص داده است. تکنیک های تخصیص حافظه سازمانی به برنامه نویسان توانایی استفاده موثر از کل سیستم کامپیوتری را می دهد. چنین روش هایی شامل یک مدل حافظه پیوسته ("مسطح") و یک مدل حافظه تقسیم شده است. استفاده كردن مدل جامد(مدل مسطح) حافظه، برنامه با یک فضای آدرس پیوسته منفرد کار می کند، یک فضای آدرس خطی که در آن سلول های حافظه به صورت متوالی و پیوسته از 0 تا 2n-1 شماره گذاری می شوند، جایی که n عمق بیت پردازنده در آدرس است. هنگام استفاده از یک مدل تقسیم‌بندی شده برای یک برنامه، حافظه توسط گروهی از بلوک‌های آدرس مستقل به نام سگمنت نمایش داده می‌شود. برای آدرس دهی یک بایت حافظه، یک برنامه باید از یک آدرس منطقی متشکل از یک انتخابگر بخش و یک افست استفاده کند. یک انتخابگر بخش، یک بخش خاص را انتخاب می کند و یک افست به یک سلول خاص در فضای آدرس بخش انتخاب شده اشاره می کند.

سازماندهی حافظه در ماشین های محاسباتی

هدف، پارامترهای اصلی و

طبقه بندی انواع حافظه

دستگاه های حافظه (دستگاه های ذخیره سازی) VM برای ضبط، ذخیره و خواندن اطلاعات ارائه شده در آن طراحی شده اند فرم دیجیتال/2،3/. دستگاه های حافظه مانند پردازنده ها با دو نوع اطلاعات کار می کنند - برنامه ها و داده ها، بنابراین ویژگی های حافظه تا حد زیادی عملکرد و عملکرد را تعیین می کند. عملکرد VM.

دستگاه های حافظه در دو حالت کار می کنند - دسترسی های حافظهو ذخیره سازی. در حالت دسترسی به حافظه، اطلاعات نوشته می شود یا اطلاعات از حافظه خوانده می شود. در صورت عدم دسترسی به حافظه، وارد حالت ذخیره سازی می شود.

پارامترهای اصلی مشخص کننده دستگاه های حافظه عبارتند از ظرفیت اطلاعات (حجم)، عملکرد، مصرف برق و هزینه /2,5,8/.

ظرفیت اطلاعات (حجم)یک دستگاه حافظه با حداکثر مقدار اطلاعات ذخیره شده تعیین می شود و بر حسب بایت، KB، MB، GB و TB اندازه گیری می شود.

1 کیلوبایت = 2 10 بایت؛ 1 مگابایت = 2 20 بایت؛ 1 گیگابایت = 2 30 بایت و 1 ترابایت = 2 40 بایت.

عملکرد حافظه با پارامترهای اصلی زیر مشخص می شود:

زمان نمونه برداری (دسترسی) t V،یک فاصله زمانی مشخص بین لحظه های سیگنال نمونه برداری (آغاز چرخه خواندن) و دریافت داده های خوانده شده در خروجی حافظه.

مدت چرخه گردش t C، که با حداقل فاصله زمانی مجاز بین دسترسی های متوالی حافظه تعیین می شود. با توجه به اینکه دسترسی به حافظه به معنای نوشتن یا خواندن است، گاهی اوقات تقسیم می شود مدت زمان چرخه خواندن t C.CHT. و مدت زمان چرخه ضبط t Ts.ZP.برای انواع حافظه که این طول چرخه برای آنها متفاوت است، به عنوان مثال. t C.CHT. ≠ t Ts.ZP .

که در مورد کلیچرخه دسترسی شامل یک مرحله بازیابی (دسترسی) و یک مرحله بازسازی (بازیابی) حافظه است، بنابراین t C > t V.

سرعت حافظه را می توان با سرعت انتقال داده نوشته یا خوانده شده و اندازه گیری در مگابایت بر ثانیه نیز مشخص کرد.

مصرف برق برای بسیاری از انواع حافظه در حالت دسترسی به طور قابل توجهی بیشتر از حالت ذخیره سازی است. حافظه غیر فرار در حالت ذخیره سازی به هیچ وجه برق مصرف نمی کند. اما تعدادی از انواع حافظه، به عنوان مثال، حافظه دینامیک الکترونیکی، نیاز به چرخه های بازسازی در حالت ذخیره سازی دارند، بنابراین مصرف برق در این حالت با مصرف برق در حالت دسترسی قابل مقایسه است.

برای مقایسه انواع مختلف حافظه، استفاده از مصرف انرژی و هزینه دستگاه های حافظه کاهش یافته به یک سلول (یعنی خاص) راحت است.

یک پارامتر مهم حافظه نیز می باشد عرض اتوبوس داده های حافظه, تعیین تعداد بایت هایی که می توان همزمان خواند یا نوشت.

دستگاه های حافظه VM را می توان بر اساس معیارهای مختلفی طبقه بندی کرد: بر اساس اصل فیزیکی عملکرد، هدف عملکردی، روش سازماندهی، نیاز به منبع تغذیه در حالت ذخیره سازی و غیره.

با توجه به اصل فیزیکی عملکرد، حافظه به الکترونیک، مغناطیسی، نوری، مغناطیسی نوری طبقه بندی می شود.

حافظه الکترونیکیبر روی عناصر نیمه هادی اجرا شده و در قالب LSI پیاده سازی شده است. حافظه الکترونیکی به دو دسته تقسیم می شود ایستاو پویا

در حافظه استاتیک LSI، تریگرهای استاتیک روی دوقطبی یا ترانزیستورهای اثر میدانی. همانطور که مشخص است، تعداد حالت های پایدار یک ماشه دو است، که اجازه می دهد از آن برای ذخیره یک واحد اطلاعات - کمی استفاده شود. سلول های حافظه برای ذخیره بایت ها و کلمات به ترتیب از 8 و 16 فلیپ فلاپ استفاده می کنند.

در حافظه دینامیک LSI از خازن های الکتریکی به عنوان سلول های حافظه ابتدایی استفاده می شود. وجود شارژ مربوط به ذخیره یک منطقی "1"، عدم وجود شارژ - با ذخیره "0" منطقی است. خازن های بین الکترودی ترانزیستورهای MOS یا خازن های MOS ویژه ایجاد شده در کریستال LSI به عنوان خازن ذخیره سازی استفاده می شوند. قطعه ای از بلوک دیاگرام حافظه پویا، شامل دو سلول 1 و 2، در شکل 6.1 نشان داده شده است.

هر سلول حافظه ابتدایی حاوی یک خازن ذخیره سازی MOS C (دهم pF) و یک سوئیچ ترانزیستوری T است که این خازن را به گذرگاه داده متصل می کند. گیت سوئیچ ترانزیستور MOS به خروجی مربوطه رسیور آدرس متصل است. هنگامی که یک سلول انتخاب می شود، سوئیچ T باز می شود و خازن C را به گذرگاه داده متصل می کند. علاوه بر این، بسته به نوع دستور: نوشتن (WR) یا خواندن (RD)، داده های ورودی (DI) نوشته می شود یا داده های خروجی (DO) از طریق تقویت کننده مربوطه خوانده می شوند.

حافظه پویا در مقایسه با حافظه استاتیک به طور قابل توجهی ساده تر، ارزان تر است و درجه بسیار بالایی از یکپارچگی را فراهم می کند، به عنوان مثال. ظرفیت ویژه بالاتر اما در مقایسه با حافظه پویا استاتیک، کندتر است و نیاز به بازسازی (بازیابی) دوره ای اطلاعات در سلول های ابتدایی دارد. به عبارت دیگر، لازم است به طور دوره ای شارژ خازن های ذخیره سازی C را بازیابی کنید، که در طول زمان خود تخلیه می شوند، یعنی. "از دست دادن" اطلاعات برای انجام این کار، هر چند میلی ثانیه (میلی ثانیه) اطلاعات را از سلول های حافظه می خواند و سپس ضبط مجدداطلاعاتی که به شما امکان می‌دهد شارژ خازن‌های ذخیره‌سازی را بازیابی کنید.

برای ماژول های حافظه الکترونیکی معمولی، زمان دسترسی تلویزیوناز واحد تا ده ها نانوثانیه ( nsec، و ظرفیت اطلاعات ده ها - صدها مگابایت است.

حافظه الکترونیکی استاتیک و دینامیک است فرار، یعنی هنگامی که منبع تغذیه خاموش می شود، اطلاعات موجود در سلول ها ذخیره نمی شود. نیز وجود دارد غیر فرارحافظه الکترونیکی - دستگاه‌های حافظه فقط خواندنی (ROM)، اطلاعاتی که از آنها فقط در حین کار با ماشین مجازی قابل خواندن است. سلول های حافظه ROM در زیر مورد بحث قرار خواهند گرفت.

حافظه مغناطیسیبر اساس حضور در تعدادی از مواد مغناطیسی (مثلاً اکسید آهن) دو حالت پایدار مغناطیسی ماندگار علامت مخالف است. چنین مواد مغناطیسیبا یک حلقه هیسترزیس مستطیلی مشخص می شود B = f (H)، و از آنها یک لایه مغناطیسی کار ساخته می شود که روی سطح رسانه های متحرک مختلف - دیسک های مغناطیسی اعمال می شود. برای نوشتن و خواندن اطلاعات استفاده می شود سرهای مغناطیسی، که سلف های مینیاتوری هستند که روی یک هسته مغناطیسی با شکاف پیچیده شده اند. هنگام ضبط، سر مغناطیسی بخشی از لایه مغناطیسی را که از زیر شکاف کاری عبور می کند در جهت تعیین شده توسط جهت جریان، مغناطیسی می کند. هنگام خواندن، نواحی مغناطیسی سطح از نزدیک سر قرائت القایی عبور می کند و پالس های emf را در آن القا می کند. دستگاه های حافظه ای که از این اصل استفاده می کنند هزینه ویژه ذخیره سازی اطلاعات بسیار پایینی دارند، غیرفرار هستند، اما به دلیل الکترومکانیکی بودن، از نظر سرعت، قابلیت اطمینان و مصرف انرژی به طور قابل توجهی از حافظه الکترونیکی پایین تر هستند. برای HDD ها، سرعت انتقال داده به ده ها مگابایت بر ثانیه و ظرفیت اطلاعات به صدها گیگابایت می رسد.

که در حافظه نوریبرای ذخیره اطلاعات، از تغییر در خواص نوری (عمدتاً درجه بازتاب) سطح رسانه استفاده می شود. رسانه نوریبه صورت دیسک (Compact Disk - CD) ساخته شده است که لایه بازتابنده (پوشش فلزی) آن با لایه ای از رنگ آلی پوشانده شده است. هنگام ضبط، پرتو لیزر توسط جریان بیت های ضبط شده مدوله می شود و سوراخ هایی را در لایه رنگ در مکان های خاصی از مسیر می سوزاند. با توجه به تفاوت در ضریب انعکاس حفره ها و مناطق نسوخته سطح در هنگام خواندن، مدولاسیونی از روشنایی پرتو بازتاب شده رخ می دهد که اطلاعات خوانده شده از CD را رمزگذاری می کند. انواع مختلفی از دیسک های سی دی نوری تولید می شوند: CD-ROM (حافظه فقط خواندنی) - فقط اجازه خواندن اطلاعات ضبط شده به روش ماتریسی را می دهد، CD-R (قابل ضبط) - امکان نوشتن حداقل یک بار روی دیسک و خواندن مکرر، CD- RW (ReWritable) - امکان بازنویسی مکرر روی دیسک (و البته خواندن). دیسک های نوریارزان هستند و ظرفیت اطلاعاتی قابل توجهی دارند (تا یک گیگابایت)، غیر فرار و به راحتی قابل تعویض هستند، اما از نظر سرعت، قابلیت اطمینان و مصرف انرژی مانند دیسک های مغناطیسی، به طور قابل توجهی از حافظه الکترونیکی پایین تر هستند.

بر اساس هدف عملکردی، دستگاه های حافظه را می توان به حافظه دسترسی تصادفی (SRAM)، حافظه دسترسی تصادفی (RAM)، حافظه فقط خواندنی (ROM) و دستگاه ذخیره سازی خارجی (ESM) طبقه بندی کرد.

رمدر نظر گرفته شده برای ذخیره برنامه ها (سیستم، برنامه) و داده هایی که مستقیماً توسط CPU استفاده می شود زمان فعلی. مدت زمان چرخه خواندن و نوشتن برای RAM معمولاً یکسان است. به طور معمول، بسته به هدف و محدوده MS، از حافظه پویا تا چند گیگابایت به عنوان RAM استفاده می شود.

SRAMیا حافظه کش- این حجم کمی است حافظه سریع، که مدت چرخه گردش t C. کمتر از مدت چرخه ماشین پردازنده است. بنابراین، هنگام دسترسی به حافظه نهان، لازم نیست چرخه های انتظار پردازنده را در چرخه های دسترسی به حافظه ماشین وارد کنید. حافظه کش یک حافظه بافر بین RAM و CPU است و روی حافظه ثابت اجرا می شود. حافظه پنهان کپی هایی از بلوک ها (صفحات) برنامه ها و داده ها را از مناطقی از RAM که آخرین بار به آنها دسترسی پیدا کرده اند، و همچنین یک فهرست - لیستی از مکاتبات فعلی آنها با مناطق RAM را ذخیره می کند. هر بار که دسترسی به RAM ایجاد می شود، کنترل کننده کش دایرکتوری بررسی می کند که آیا یک نسخه معتبر از بلوک (صفحه) درخواستی در حافظه پنهان وجود دارد یا خیر. اگر یک کپی وجود دارد، پس این مورد است کش بازدید می کند، و فقط حافظه نهان برای داده یا کد قابل دسترسی است. اگر نسخه معتبری در آنجا وجود نداشته باشد، پس این مورد است حافظه پنهان، و بلوک (صفحه) مورد نیاز از RAM در حافظه پنهان نوشته می شود و نوشتن به جای کمترین بلوک مرتبط (صفحه) که قبلاً از حافظه نهان در RAM حذف شده است ساخته می شود. بلوک اطلاعاتی که تعداد دسترسی ها به آن کمترین مقدار بود. با توجه به ماهیت ذاتی برنامه ها و داده ها، خواص اساسی، چگونه فضاییو محل موقت/2,7,13/ تعداد بازدیدهای کش حتی با اندازه های کوچک (واحدها - ده ها کیلوبایت) حافظه پنهان چندین برابر بیشتر از تعداد دفعات از دست دادن حافظه پنهان است. بنابراین، استفاده از حافظه نهان به طور قابل توجهی عملکرد VM را بهبود می بخشد. به طور معمول، کش طبق یک طرح سه سطحی پیاده سازی می شود: یک کش اولیه (L1 Cache)، با ظرفیت ده ها کیلوبایت، و یک کش ثانویه (L2 Cache)، با ظرفیت صدها کیلوبایت، واقع در کریستال MP، یک کش سطح سوم (L3 Cache)، واحدهای مگابایت بر روی آن نصب شده است برد سیستمیا در خانه MP.

رامیک حافظه الکترونیکی غیرفرار است که برای ذخیره اطلاعات غیرقابل تغییر یا به ندرت در حین کار یک ماشین مجازی تغییر می‌کند: نرم‌افزار سیستم (BIOS)، نرم‌افزار کاربردی برای ماشین‌های مجازی جاسازی شده و روی برد، مجموعه‌ای از جداول، پارامترهای پیکربندی سیستم های مختلفو غیره حالت کار اصلی رام خواندن است که نام رایج دیگری را برای چنین ROM حافظه (Read Only Memory) ایجاد می کند. نوشتن اطلاعات در رام که برنامه نویسی نامیده می شود، معمولاً بسیار دشوارتر است و به زمان و انرژی بیشتری نسبت به خواندن آن نیاز دارد.

VZUبرای ذخیره سازی غیر فرار حجم زیادی از اطلاعات ساختاری خاص طراحی شده اند: فایل ها، پایگاه های داده، بایگانی ها. ویژگی مشخصهحافظه خارجی این است که دستگاه های آن با بلوک های اطلاعاتی کار می کنند، نه بایت ها یا کلمات، همانطور که RAM اجازه می دهد. علاوه بر این، پردازنده فقط از طریق RAM می تواند به VRAM دسترسی داشته باشد. درایوهای دیسک (HDD، CD) معمولاً به عنوان VRAM استفاده می شوند که امکان ذخیره صدها گیگابایت اطلاعات را فراهم می کند.

حافظه الکترونیکی بافردر کنترلرهای مختلف گنجانده شده است دستگاه های خارجی, حل کننده های مشکلنمایش و ورودی اطلاعات، وظایف ارتباطی، تبدیل سیگنال و غیره وجود حافظه بافر به شما این امکان را می دهد که نرخ های انتقال اطلاعات را به میزان قابل توجهی هماهنگ کنید اتوبوس سیستمو دستگاه های خارجی، زمان استفاده هر دستگاه خارجی از گذرگاه سیستم را کاهش دهید و عملکرد VM را افزایش دهید.

روش سازماندهی حافظه با روش قرار دادن و جستجوی اطلاعات در حافظه تعیین می شود. بر اساس این ویژگی، آنها بین سازماندهی حافظه آدرس، انجمنی و پشته ای تمایز قائل می شوند.

که در حافظه آدرسبرای دسترسی به سلول های حافظه از آنها استفاده می شود آدرس ها، که به کدهای شماره سلول های حافظه اشاره دارد. سازماندهی حافظه آدرس پذیر به شما امکان می دهد به سلول های حافظه از طریق آدرس آنها دسترسی داشته باشید بدون ترتیب خاصی، و مدت چرخه گردش برای همه سلول ها بدون توجه به آدرس یکسان است. بنابراین برای نامگذاری این نوع حافظه ها از اصطلاح حافظه با دسترسی تصادفی یا RAM (حافظه دسترسی تصادفی) نیز استفاده می شود. به عنوان مثال، RAM و ROM دارای سازماندهی حافظه آدرس پذیر هستند.

که در حافظه انجمنیاطلاعات (AMU) نه با آدرس سلول های حافظه، بلکه با محتوای آنها یا بخشی از آنها جستجو می شود. در حالت کلی، درخواست به حافظه انجمنی با تعیین لیستی از بیت هایی که باید برای جستجوی سلول حافظه استفاده شوند و با مشخص کردن محتوای بیت های اختصاص داده شده انجام می شود. لیست بیت های مورد جستجو در آن مشخص شده است ثبت-ماسک.این رجیستر همان پهنای بیت را با سلول حافظه RAM دارد و فقط در آن بیت هایی که جستجو می شوند دارای بیت هایی است. که در ثبت-زمینهمحتوای این بیت ها مشخص شده است و عمق بیت آن برابر با عرض بیت ثبت کننده ماسک است.

اگر سلولی با ترکیبی از صفر و یک پیدا شود، ACU یک پاسخ مثبت ایجاد می کند که آدرس سلول پیدا شده را نشان می دهد. سپس آدرس به رمزگشای آدرس منتقل می شود و می توان کل محتویات چنین سلولی را خواند یا مطالب جدیدی را در آن نوشت. در غیر این صورت، ACU به درخواست پاسخ منفی می دهد.

جستجوی اطلاعات بر اساس زمینه در RAM به طور همزمان در تمام سلول های حافظه انجام می شود، بنابراین RAM چندین برابر سریعتر از RAM است، اما آنها همچنین بسیار گران تر هستند. در سیستم های محاسباتی مدرن، رم ها، به عنوان مثال، به عنوان بخشی از حافظه کش استفاده می شوند.

پشته حافظه(پشته)، درست مانند تداعی، بدون آدرس است. پشته را می توان به عنوان مجموعه ای از سلول ها در نظر گرفت که یک آرایه یک بعدی را تشکیل می دهند که در آن سلول های همسایه توسط مدارهای انتقال کلمه بیت به یکدیگر متصل می شوند. در این حافظه، نوشتن و خواندن بر اساس قانون «آخرین ورودی اول خروجی (LIFO)» انجام می شود. به همین دلیل است که پشته به نام حافظه "store" با به ترتیب معکوسخواندن به طور معمول پشته در RAM سازماندهی می شود. تعداد کلمات روی پشته توسط ثبات نشانگر پشته SP تعیین می شود و نوشتن و خواندن از پشته به ترتیب با استفاده از دستورات PUSH و POP انجام می شود. همانطور که در بالا توضیح داده شد، حافظه پشته به طور گسترده ای در هنگام مدیریت وقفه ها و فراخوانی برنامه های فرعی استفاده می شود.

همراه با حافظه پشته ای، حافظه "مجله" با ترتیب خواندن بالا گسترده شده است، یعنی. "اول نوشته شده اول خوانده شود" یا "اولین ورودی اول خروجی (FIFO)". این حافظه حافظه بافر نامیده می شود و مانند پشته در RAM سازماندهی شده است.

سازماندهی زیرسیستم حافظه در رایانه شخصی

دستگاه های ذخیره سازی (ذخیره سازی) زیرسیستم حافظه رایانه شخصی را می توان در سلسله مراتب زیر مرتب کرد (جدول 9.1):

جدول 9.1. سلسله مراتب زیر سیستم حافظه رایانه شخصی
№	نوع حافظه	1985	2000
زمان نمونه برداری	حجم معمولی	قیمت/بایت	زمان نمونه برداری	حجم معمولی	قیمت/بایت
	حافظه فوق عملیاتی (رجیسترها)	0.2 5 ns	16/32 بیت	$ 3 - 100	0.01 1 ns	32/64/128 بیت	$ 0,1 10
	حافظه بافر پرسرعت (کش)	20 100 ns	8 کیلوبایت - 64 کیلوبایت	~ $ 10	0.5 - 2 ns	32 کیلوبایت 1 مگابایت	$ 0,1 - 0,5
	حافظه عملیاتی (اصلی).	~ 0.5 میلی‌ثانیه	1 مگابایت - 256 مگابایت	$ 0,02 1	2 ns 20 ns	128 مگابایت - 4 گیگابایت	$ 0,01 0,1
	حافظه خارجی (حافظه انبوه)	10-100 میلی‌ثانیه	1 مگابایت - 1 گیگابایت	$ 0,002 - 0,04	5 - 20 میلی‌ثانیه	1 گیگابایت - 0.5 ترابایت	$ 0,001 - 0,01

رجیسترهای پردازنده، زمینه آن را تشکیل می‌دهند و داده‌های مورد استفاده در دستورالعمل‌های پردازشگر در حال اجرا را ذخیره می‌کنند. رجیسترهای پردازنده معمولاً با نامهای یادگاری در دستورات پردازنده قابل دسترسی هستند.

حافظه نهان برای مطابقت با سرعت CPU و حافظه اصلی استفاده می شود. سیستم های کامپیوتری از کش های چند سطحی استفاده می کنند: کش سطح I (L1)، کش سطح II (L2) و غیره. سیستم های دسکتاپ معمولا از کش دو سطحی استفاده می کنند، در حالی که سیستم های سرور معمولا از کش سه سطحی استفاده می کنند. حافظه پنهان دستورالعمل ها یا داده هایی را ذخیره می کند که احتمالاً در آینده نزدیک توسط پردازنده برای پردازش دریافت می شود. عملکرد کش برای نرم افزار شفاف است، بنابراین کش معمولاً توسط نرم افزار قابل دسترسی نیست.

RAM معمولاً ماژول های برنامه را از نظر عملکردی کامل ذخیره می کند (هسته سیستم عامل، برنامه های اجرایی و کتابخانه های آنها، درایورهای دستگاه مورد استفاده و غیره) و داده های آنها که مستقیماً در عملکرد برنامه ها دخیل هستند و همچنین برای ذخیره نتایج محاسبات یا موارد دیگر استفاده می شود. پردازش داده ها قبل از ارسال آن به حافظه خارجی، دستگاه های خروجی داده یا رابط های ارتباطی.

به هر سلول RAM یک آدرس منحصر به فرد اختصاص داده می شود. تکنیک های تخصیص حافظه سازمانی به برنامه نویسان توانایی استفاده موثر از کل سیستم کامپیوتری را می دهد. چنین روش هایی شامل یک مدل حافظه پیوسته ("مسطح") و یک مدل حافظه تقسیم شده است. هنگام استفاده از یک مدل مسطح حافظه، برنامه با یک فضای آدرس پیوسته واحد عمل می کند، یک فضای آدرس خطی که در آن سلول های حافظه به صورت متوالی و پیوسته از 0 تا 2n-1 شماره گذاری می شوند، جایی که n عمق بیت پردازنده در آدرس است. هنگام استفاده از یک مدل تقسیم‌بندی شده برای یک برنامه، حافظه توسط گروهی از بلوک‌های آدرس مستقل به نام سگمنت نمایش داده می‌شود. برای آدرس دهی یک بایت حافظه، یک برنامه باید از یک آدرس منطقی متشکل از یک انتخابگر بخش و یک افست استفاده کند. یک انتخابگر بخش، یک بخش خاص را انتخاب می کند و یک افست به یک سلول خاص در فضای آدرس بخش انتخاب شده اشاره می کند.

روش‌های سازمانی تخصیص حافظه سازماندهی یک سیستم محاسباتی را ممکن می‌سازد که در آن فضای آدرس کاری برنامه از اندازه RAM موجود در سیستم بیشتر باشد، در حالی که کمبود RAM با حافظه خارجی کندتر یا ارزان‌تر (هارد دیسک) پر شود. ، فلش مموری و ...) به این مفهوم حافظه مجازی می گویند. در این مورد، فضای آدرس خطی را می توان به صورت مستقیم به فضای آدرس فیزیکی نگاشت (آدرس خطی یک آدرس فیزیکی است) یا با استفاده از مکانیسم صفحه بندی. در حالت دوم، فضای آدرس خطی به صفحاتی با اندازه مساوی تقسیم می شود که حافظه مجازی را تشکیل می دهند. ترجمه صفحه تضمین می کند که صفحات حافظه مجازی مورد نیاز در فضای آدرس فیزیکی نگاشت می شوند.

علاوه بر پیاده سازی سیستم حافظه مجازی، از حافظه های خارجی برای ذخیره سازی طولانی مدت برنامه ها و داده ها در قالب فایل استفاده می شود.

حافظه کش

حافظه کش یک دستگاه ذخیره سازی پرسرعت است که بر روی همان تراشه CPU یا خارجی CPU قرار دارد. کش به عنوان یک بافر پرسرعت بین CPU و حافظه اصلی نسبتا کند عمل می کند. ایده حافظه نهان بر اساس پیش بینی محتمل ترین دسترسی CPU به RAM است. این رویکرد مبتنی بر اصل موقعیت زمانی و مکانی برنامه است.

اگر CPU به هر شیء RAM دسترسی داشته باشد، به احتمال زیاد CPU به زودی دوباره به آن شیء دسترسی پیدا خواهد کرد. نمونه ای از این وضعیت می تواند کد یا داده در حلقه ها باشد. این مفهوم با اصل محلی بودن زمانی توصیف می‌شود، که بیان می‌کند که اشیاء رم پرکاربرد باید به CPU (در حافظه پنهان) "نزدیک‌تر" باشند.

برای هماهنگ کردن محتویات حافظه نهان و RAM از سه روش ضبط استفاده می شود:

• نوشتن از طریق - RAM به طور همزمان با حافظه نهان به روز می شود.
• نوشتن از طریق بافر - اطلاعات قبل از اینکه در حافظه RAM نوشته شوند در یک بافر حافظه پنهان نگهداری می شوند و در طول چرخه هایی که CPU به آن دسترسی ندارد در حافظه RAM نوشته می شود.
• بازنویسی - بیت تغییر در فیلد برچسب استفاده می شود و خط فقط در صورتی در RAM نوشته می شود که بیت تغییر 1 باشد.

به عنوان یک قاعده، همه روش های نوشتن، به جز عبور از طریق، به شما امکان می دهند تا عملیات نوشتن را به RAM به تعویق بیندازید و برای افزایش کارایی گروه بندی کنید.

دو نوع بلوک داده در ساختار حافظه کش وجود دارد:

• حافظه نمایش داده ها (خود داده ها، کپی شده از RAM)؛
• حافظه تگ (علائمی که مکان داده های کش شده در RAM را نشان می دهد).

فضای حافظه نقشه برداری داده در حافظه نهان به خطوط - بلوک هایی با طول ثابت (به عنوان مثال 32، 64 یا 128 بایت) تقسیم می شود. هر خط کش می‌تواند شامل یک بلوک هم‌تراز بایت از RAM باشد. اینکه کدام بلوک RAM به یک خط کش معین نگاشت شده است توسط تگ خط و الگوریتم نگاشت تعیین می شود. بر اساس الگوریتم های نگاشت رم به کش، سه نوع حافظه کش وجود دارد:

• کش کاملاً انجمنی؛
• کش نگاشت مستقیم؛
• حافظه نهان چندگانه انجمنی

یک کش کاملاً مرتبط با این واقعیت مشخص می شود که کنترل کننده کش می تواند هر بلوکی از RAM را در هر خط کش قرار دهد (شکل 9.1). در این مورد، آدرس فیزیکی به دو بخش تقسیم می شود: افست در بلوک (خط کش) و شماره بلوک. هنگامی که یک بلوک کش می شود، شماره بلوک در تگ خط مربوطه ذخیره می شود. وقتی CPU به حافظه نهان برای بلوک لازمفقدان حافظه پنهان تنها پس از مقایسه تگ های تمام خطوط با شماره بلوک شناسایی می شود.

یکی از مزایای اصلی این روش نمایش، استفاده خوب از رم است، زیرا هیچ محدودیتی برای نگاشت بلوک به هر خط کش معینی وجود ندارد. معایب شامل اجرای سخت افزاری پیچیده این روش است که به مقدار زیادی مدار (عمدتاً مقایسه کننده) نیاز دارد که منجر به افزایش زمان دسترسی به چنین حافظه پنهان و افزایش هزینه آن می شود.

تصویر را بزرگ کنید
برنج. 9.1.کش 8x8 کاملاً ارتباطی برای آدرس 10 بیتی

راه جایگزیننگاشت حافظه رم به حافظه نهان، یک کش نگاشت مستقیم (یا کش ارتباطی تک ورودی) است. در این حالت، آدرس حافظه (شماره بلوک) خط کشی را که بلوک داده شده در آن قرار می گیرد، به طور منحصر به فرد تعیین می کند. آدرس فیزیکی به سه قسمت تقسیم می شود: افست در بلوک (خط کش)، شماره خط کش و تگ. این یا آن بلوک همیشه در یک خط کش کاملاً تعریف شده قرار می گیرد و در صورت لزوم جایگزین بلوک دیگری می شود که در آنجا ذخیره شده است. هنگامی که CPU به حافظه نهان برای یک بلوک مورد نیاز دسترسی پیدا می کند، فقط باید برچسب یک خط را بررسی کند تا مشخص شود که آیا ضربه حافظه پنهان است یا از دست دادن حافظه پنهان.

از مزایای بارز این الگوریتم می توان به سادگی و هزینه پایین پیاده سازی آن اشاره کرد. از معایب آن می توان به راندمان پایین چنین کش به دلیل امکان پذیر بودن اشاره کرد راه اندازی مجدد مکررخطوط به عنوان مثال، هنگام دسترسی به هر 64 سلول حافظه در سیستم در شکل. 9.2، کنترل کننده کش مجبور می شود به طور مداوم همان خط کش را بدون استفاده از سایرین بارگذاری کند.

تصویر را بزرگ کنید
برنج. 9.2. 8×8 کش نگاشت مستقیم برای آدرس 10 بیتی

با وجود کاستی های آشکار، این تکنولوژیبه عنوان مثال، در موتورولا MC68020 MP، برای سازماندهی کش دستورالعمل سطح اول، کاربرد موفقی پیدا کرد (شکل 9.3). این ریزپردازنده یک کش نگاشت مستقیم 64 خطی 4 بایتی را پیاده سازی می کند. تگ خط، علاوه بر 24 بیتی که آدرس بلوک ذخیره شده را مشخص می کند، حاوی یک بیت معنادار است که اعتبار خط را تعیین می کند (اگر بیت اهمیت 0 باشد، خط نامعتبر در نظر گرفته می شود و باعث ضربه به کش نمی شود. ). دسترسی‌های داده‌ها ذخیره نمی‌شوند.

تصویر را بزرگ کنید
برنج. 9.3.نمودار سازماندهی حافظه کش در موتورولا MC68020 MP

مصالحه بین دو الگوریتم اول، یک حافظه نهان همراه چندگانه یا یک کش تا حدی مرتبط است (شکل 9.4). با این روش سازماندهی حافظه کش، خطوط به گروه هایی ترکیب می شوند که می توانند شامل خطوط 2، 4، : باشند. با توجه به تعداد خطوط در چنین گروه هایی، 2 ورودی، 4 ورودی و غیره متمایز می شوند. حافظه پنهان انجمنی هنگام دسترسی به حافظه، آدرس فیزیکی به سه قسمت تقسیم می شود: افست در بلوک (خط کش)، شماره گروه (مجموعه) و برچسب. یک بلوک حافظه که آدرس آن مربوط به یک گروه خاص است را می توان در هر ردیفی از آن گروه قرار داد و مقدار مربوطه را در تگ ردیف قرار داد. بدیهی است که در گروه انتخاب شده اصل تداعی رعایت می شود. از سوی دیگر، یک بلوک خاص فقط می‌تواند در یک گروه کاملاً تعریف شده قرار گیرد که اصل سازماندهی یک کش نگاشت مستقیم را تکرار می‌کند. برای اینکه پردازنده نتواند حافظه پنهان را شناسایی کند، باید برچسب‌های تنها یک گروه را بررسی کند (خطوط 2/4/8/:).

تصویر را بزرگ کنید
برنج. 9.4. 8x8 با ورودی دوگانه حافظه پنهان برای آدرس 10 بیتی

این الگوریتمنمایشگر مزیت های یک کش کاملاً مرتبط (استفاده از حافظه خوب، سرعت بالا) و یک کش را با هم ترکیب می کند. دسترسی مستقیم(سادگی و هزینه کم)، از نظر این ویژگی ها فقط کمی پایین تر از الگوریتم های اصلی است. به همین دلیل است که حافظه نهان چندگانه تداعی بیشترین استفاده را دارد (جدول 9.2).

جدول 9.2. ویژگی های زیرسیستم حافظه کش CPU IA-32
	اینتل 486	پنتیوم	پنتیوم MMX	P6	پنتیوم 4
حافظه پنهان دستورالعمل L1
تایپ کنید	4 اینچی دانشیار	2 اینچ دانشیار	4 اینچی دانشیار	4 اینچی دانشیار	8 اینچی دانشیار
اندازه رشته، بایت					-
حجم کل، کیلوبایت	8/16			8/16	12 کیلومتر بر ثانیه
حافظه پنهان داده L1
تایپ کنید	با کش دستورالعمل به اشتراک گذاشته شده است	2 اینچ دانشیار	4 اینچی دانشیار	2/4 اینچی دانشیار	4 اینچی دانشیار
اندازه رشته، بایت
حجم کل، کیلوبایت			8/16
حافظه نهان L2
تایپ کنید	خارجی	خارجی 4 اینچی دانشیار	4 اینچی دانشیار	8 اینچی دانشیار
اندازه رشته، بایت
حجم کل، کیلوبایت	256/512	128-2048	256/512

نکات: Intel-486 از یک دستورالعمل L1 و کش داده استفاده می کند. در پنتیوم پرو L1، حافظه کش داده 8 کیلوبایتی 2 ورودی است، در سایر مدل های P6 16 کیلوبایتی 4 ورودی است. پنتیوم 4 به جای کش دستورالعمل L1 از یک حافظه کش میکرو عملیات L1 (کش ردیابی) استفاده می کند.

برای سازماندهی حافظه کش، می توانید از معماری پرینستون (کش مختلط برای دستورالعمل ها و داده ها، به عنوان مثال، در Intel-486) ​​استفاده کنید. این راه حل بدیهی (و برای سیستم های فون نویمان با حافظه کش خارجی در CPU اجتناب ناپذیر است) همیشه موثرترین راه حل نیست. تقسیم حافظه کش به یک کش دستورالعمل و یک کش داده (کش هاروارد) کارایی کش را به دلایل زیر بهبود می بخشد:

• زیاد پردازنده های مدرنیک معماری خط لوله دارند که در آن بلوک های نقاله به صورت موازی عمل می کنند. بنابراین، واکشی دستورالعمل و دسترسی به داده‌های دستورالعمل در مراحل مختلف خط لوله اتفاق می‌افتد و استفاده از یک کش مجزا اجازه می‌دهد تا این عملیات به صورت موازی انجام شود.
• کش دستورالعمل را می توان به صورت فقط خواندنی پیاده سازی کرد، بنابراین نیازی به هیچ الگوریتمی برای پیاده سازی نیست. جواب دادن، که این کش را ساده تر، ارزان تر و سریع تر می کند.

به همین دلیل است که تمام آخرین مدل‌های IA-32، با شروع پنتیوم، از معماری هاروارد برای سازماندهی حافظه پنهان سطح اول استفاده می‌کنند.

معیار کار کارآمدکش را می توان کاهش متوسط ​​زمان دسترسی به حافظه در مقایسه با سیستم بدون حافظه کش در نظر گرفت. در این حالت میانگین زمان دسترسی را می توان به صورت زیر تخمین زد:

T av = (T hit x R hit) + (T miss x (1 R hit))

که در آن T، زمان دسترسی به حافظه پنهان در صورت ضربه است (شامل زمان شناسایی خطا یا ضربه)، T miss زمان مورد نیاز برای بارگذاری یک بلوک از حافظه اصلی در خط کش در صورت از دست دادن حافظه پنهان است و تحویل بعدی داده های درخواستی به پردازنده، فرکانس ضربه R.

بدیهی است که هر چه مقدار ضربه R به 1 نزدیکتر باشد، مقدار T avg به T hit نزدیکتر است. نرخ ضربه در درجه اول توسط معماری کش و اندازه آن تعیین می شود. تأثیر وجود و عدم وجود حافظه کش و اندازه آن بر رشد عملکرد CPU در جدول نشان داده شده است. 9.3.