10.5. Короткий зміст розділу

В розділі проведено аналіз характеристик та особливостей апаратних та програм­них засобів сучасного комп'ютера, що дозволило виділити наступні 'їх фундаментальні властивості, які позитивно доповнюють одна одну з точки зору вирішення задачі забез­печення необхідної ємності і високої швидкодії пам'яті за прийнятну ціну:

• чим менший час доступу до пам'яті, тим менша її ємність та вища вартість збері­гання в ній одного біта інформації;

• чим більша ємність пам'яті, тим більший час доступу до неї та нижча вартість зберігання в ній одного біта інформації;

• існує значна різниця між продуктивністю процесора і основної пам'яті, а також між продуктивністю основної та зовнішньої пам'яті;

• комп'ютерні програми володіють властивістю локальності за зверненням до пам'яті.

Ці властивості є підґрунтям доцільності використання при побудові системи пам'яті підходу, відомого як принцип ієрархічної організації пам'яті.

Відповідно до цього принципу пам'ять комп'ютера складається із пристроїв пам'яті різних типів, які, залежно від характеристик, належать до певного рівня ієрархії. Пам'ять нижчого рівня має меншу ємність, швидша і має велику вартість в перерахунку на біт, ніж пам'ять вищого рівня. Рівні ієрархії взаємозв'язані: всі дані на деякому нижчому рівні можуть бути також знайдені на вищому рівні, і всі дані на цьому вищому рівні можуть бути знайдені на наступному вищому рівні і т. д. З рухом вверх по ієрархічній структурі зменшується співвідношення вартість/біт, зростає ємність та час доступу. Однак завдяки властивості локальності за зверненням з рухом вверх по ієрархічній структурі зменшу-

395

ється частота звернення до пам'яті з боку нижчих рівнів, що веде до зменшення загаль­ної вартості при заданому рівні продуктивності. На кожному рівні ієрархії пам'ять роз­бивається на блоки, які є найменшою інформаційною одиницею, що пересилається між двома сусідніми рівнями ієрархії. Розмір блоків може бути фіксованим або змінним. При фіксованому розмірі блоку ємність пам'яті зазвичай кратна його розміру. Розмір блоків на кожному рівні ієрархії найчастіше різний і збільшується від нижчих рівнів до вищих.

Виходячи з принципу ієрархічної організації пам'яті в розділі описано організацію взаємодії між рівнями ієрархічної пам'яті. Зокрема, наведено принципи обміну інфор­мацією між рівнями ієрархічної пам'яті, характеристики, які використовуються для оцінки ефективності ієрархічної пам'яті, пояснено місце кеш пам'яті в складі комп'юте­ра, призначення і логіку роботи кеш пам'яті, описана вигода від поділу кеш пам'яті пер­шого рівня на кеш пам'ять даних та кеш пам'ять команд. Обґрунтована різноманітність методів відображення основної пам'яті на кеш пам'ять, показано, якими методами за­безпечується узгодженість вмісту основної і кеш пам'яті, та чим обумовлене введення додаткових рівнів кеш пам'яті, і які чинники впливають на вибір ємності кеш пам'яті та розміру блоку.

Введено поняття статичного та динамічного розподілу пам'яті та поняття віртуальної пам'яті та сторінкової організації пам'яті. Описані алгоритми заміщення, які викорис­товуються при завантаженні в основну пам'ять вмісту зовнішньої пам'яті, призначення буфера швидкого перетворення адреси (TLB). Наведена сегментна організація пам'яті. Розглянуті питання захисту пам'яті.