Контрольная работа по "Информатика"

Как правило, выполняется соотношение: t _ОБР 2t _ВЫБ

Надежность – зависит от возникновения  сбоев при считывании или записи данных и обеспечивается с помощью средств контроля (обнаружения и исправления ошибок):

а) Parity control – контроль по четности, позволяет обнаружить одиночные  ошибки (в одном бите);

б) ECC (error checking and correction control) – контроль с использованием корректирующих кодов, использует два дополнительных бита. Позволяет обнаружить двойную ошибку или скорректировать одиночную ошибку.

Плотность записи (бит / см²), зависит от типа среды хранения информации, наиболее высокая плотность у оптических накопителей.

Стоимость хранения одного бита - важна  для пользователя с финансовой точки  зрения. 

Основные среды хранения информации.

Магнитная среда.

Исторически самые первые запоминающие устройства использовали магнитную  среду, где в качестве носителя информации использовались магнитные материалы, в настоящее время применяются только в устройствах внешней памяти из-за низкого быстродействия.

Среда с накоплением  зарядов.

В данном случае в качестве элемента памяти используются конденсатор и транзистор, позволяющие хранить один бит информации. В зависимости от вида материалов, различают: биполярную полупро-водниковую память (более быстрая) и память на МОП-структурах (металл – окисел - полупроводник), более медленная, но дешевая.

Память на активных элементах с усилительными свойствами.

В качестве элементов памяти используются триггеры – электронные схемы  с двумя устойчивыми состояниями, а сами структуры хранения называются регистрами (самый быстрый вид  памяти, но имеет малую емкость).

Оптические запоминающие устройства.

Запись информации осуществляется лазерным лучом, а представление  информации определяется либо различными свойствами прохождения луча через  среду, либо поляризацией материала  среды (достаточно высокая плотность  записи и малая цена хранения одного бита информации).

Типы запоминающих устройств.

Запоминающие устройства отличаются способом доступа к данным.

ППВ - память с произвольной выборкой (RAM – random-access memory).

ПЗУ – постоянное запоминающее устройство (ROM – read-only memory).

АЗУ – ассоциативное запоминающее устройство, отличительная особенность  – доступ к элементам памяти по их содержимому, а не по адресу.

Память с произвольной выборкой.

ППВ делится на два вида:

ППрД (память прямого доступа), в  которой время доступа к элементу не зависит от положения предыдущего элемента.

ППослД (память последовательного  доступа), в которой время доступа  зависит от положения предыдущего  элемента.

ППВ (RAM) относится к наиболее быстрым  типам: t_ВЫБ = (1..3) нс. – 10 нс. и С = 1мб. - 512мб.

С точки зрения технологии реализации более распространены DRAM (Dynamic - динамическая). Правда, для ее нормальной работы необходимо осуществлять регенерацию памяти через  каждые 16мс. (тем самым, подзаряжая конденсаторы).

DRAM организована в виде набора  матриц, при обращении к которым указывается адрес строки (Row Addr (RAS)) и адрес столбца (Column Addr (CAS)). Существуют симметрические(1024x1024) и несимметрические (4096x1024) DRAM. В одном модуле желательно использовать матрицы одинакового вида. 

Режимы работы DRAM-памяти.

FPM (Fast Page Mode) - режим, в котором  при повторном последовательном  обращение к одной и той  же строке ее номер не задается (системная шина – с частотой  меньше двадцати пяти мегагерц).

EDO (Extended Data Out) – режим, при котором  адресация нового столбца осуществляется до завершения предыдущего, производительность повышается примерно вдвое (системная шина от пятидесяти до шестидесяти мегагерц).

SDRAM (Synchronous Dynamic RAM), ориентирована на  обработку пакетов из четырех  32 битных или 64 битных слов, отличается общей синхронизацией управляющих сигналов от одного сигнала (системная шина выше семидесяти пяти мегагерц).

Постоянные запоминающие устройства. 

Используются для хранения фиксированных  микропрограмм, подпрограмм и констант (BIOS).

По технологии изготовления и способу  использования различают:

МПЗУ (масочное ПЗУ) – это устройство, в котором запись информации осуществляется фирмой- изготовителем путем выжигания  связей между элементами (участками) памяти.

ППЗУ (программируемое ПЗУ - PROM) – это устройство, которое поставляется пользователю в исходном виде и он сам прошивает связи между элементами памяти с помощью специального прибора - программатора. После такой процедуры ППЗУ не может больше перепрошиваться.

ПППЗУ (перепрограммируемое ПЗУ (EPROM)) – это устройство аналогично ППЗУ, только с возможностью стирания (ультрафиолетом) информации в течение длительного времени (15-20 мин) и последующей записи новой информации.

Ассоциативные запоминающие устройства (АЗУ)

Доступ к информации в таком типе памяти осуществляется не по адресу размещения данного , а по содержимому – значению самого данного или его части. Структура АЗУ показана на рисунке.

Регистр контекста – задает содержимое k (ключ), по которому мы должны найти  в памяти данное, причем обычно поиск данного ведется не по всему значению, а по его нескольким разрядам. Участвующие в поиске разряды из регистра контекста задаются в регистре маски (r). Накопитель хранит n элементов (данных) с той же разрядностью, что и контекст. Одновременно для всех ячеек проверяется условие i: bi [1…m] & r = k & r, и когда найдется такая ячейка, то ее выход подключится к шифратору, который определит номер строки и пошлет на дешифратор для получения адреса и выборки полноразрядного данного в буферный регистр данных.

Достоинство: высокая скорость доступа  за счет параллельного сравнения.

Часто по ассоциативному принципу строятся некоторые блоки кэш-памяти (буферной памяти, предназна-ченной для ускорения  взаимодействия основной памяти (ОП) с  процессором).

При организации кэш-памяти по ассоциативному принципу, ее строка (элемент) состоит из двух частей: адреса ОП и данного, хранящегося по этому адресу в ОП.  

Разряды адреса, по которому происходит обращение к памяти, с помощью  маски выделяются из контекста и  параллельно сравниваются с соответствующими разрядами всех строк ассоциативной памяти. Если нужный адрес находится, то считывание происходит из кэш-памяти, а не из ОП. В противном случае считывание или запись данного производится в более медленной основной памяти.

Иерархическая система  памяти состоит из следующих уровней:

Сверхоперативная память, которая  реализуется на регистрах процессора (более быстрой не существует).

Процессорный кэш (буферная память), служит для согласования скорости процессора и основной памяти. Образует с основной памятью систему буферизованной памяти. Для программиста эта память является прозрачной, поэтому называется кэш-памятью, она реализуется на биполярных элементах (на одном кристалле с процессором или в менее быстрых компьютерах - на одной плате с процессором). Может, в свою очередь, делиться на несколько уровней, а также разделяться на кэш команд и кэш данных.

Основная память, все то, что  предоставляется программисту для  выполнения программ.

Дисковая вспомогательная память – память на жестком диске (винчестере), служащая для расширения доступного программисту адресного пространства путем организации совместно с основной памятью системы виртуальной памяти.

Архивная память - многотомные накопления на магнитных лентах, CD-ROM и т. д. для  долговременного хранения данных без разрушения. Дисковая и архивная память образуют систему дисковой виртуальной памяти, обеспечивающей удобство работы жесткого диска с архивными устройствами.

Чем больше “номер” уровня памяти, тем ниже ее быстродействие и  выше емкость.

Организация кэш-памяти 

Использование кэш-памяти основано на свойстве локальности программ, заключающемся  в том, что в течение достаточно длительных интервалов времени исполняемая  программа использует сравнитель-но небольшой диапазон адресов  команд и/или небольшой диапазон адресов данных. Это обусловлено нали-чием в программе циклов и подпрограмм, а также необходимостью длительной обработки одного или нес-кольких массивов данных.

Идея использования кэша как  буферной памяти заключается в наличии двух видов памяти:

быстрой памяти малой емкости М₁ (n₁, tобр₁) и медленной памяти большой емкости М₂ (n₂, tобр₂), параметры которых число ячеек - n_i и время обращения tобр_i характеризуются неравенствами:

n₁ << n₂ и tобр₁ << tобр₂.

Пусть 0 < << 1 - вероятность отсутствия данного в быстрой памяти (обычно 0.02 ..0.05). Тогда среднее время обращения для такой системы буферизованной памяти будет  

 

М {t _ОБР.} = (1 - ) * tобр₁ + * (tобр₁ + tобр₂) = tобр₁ +* tобр₂ tобр₁ 

 

Если данные имеются в кэш-памяти, то они выбираются за время tобр₁, а если отсутствуют, то за время tобр₁ + tобр₂ данные выбираются из основной памяти и одновременно подгружаются в кэш память. 

 

Применяется несколько способов отображения  основной памяти на кэш-память.

Кэш с прямым отображение адресов.    

 Отображение основной памяти  на кэш-память происходит блоками.  При прямом отображении адрес  блока (строки) i кэш-памяти, на которую  может быть отображен блок j ОП, однозначно определя-ется выражением i = j mod m , где m - общее число строк  кэш-памяти. Пусть m = 128 и число блоков ОП равно 16384(14К), тогда на блок кэш-памяти с номером i будут отображаться 128 блоков ОП с номерами i , i +128, i +256, … , i +16256.  

Для задания конкретного блока  ОП из такой последовательности в  кэш-памяти используется специальное поле тегов. В свою очередь, 14-битный адрес блока ОП разбивается на два поля: 7-битный тег (7 старших разрядов адреса) и 7-битный номер строки кэш-памяти, на которую может быть отображен этот блок ОП. При этом поле тега определяет, какой из списка блоков ОП, закрепленных за данной строкой кэша, сейчас адресуется. Когда блок ОП фактически заносится в соответствующую строку кэш-памяти в поле тегов этой строки нужно записать тег именно этого блока, в качестве тега служат 7 старших разрядов адреса блока.

При несомненной простоте прямого  отображения его существенным недостатком  является жесткое закрепление строки кэша за определенными блоками ОП. Поэтому при поочередном обращении  программы к словам из двух блоков, отображаемых на одну и ту же строку кэша, постоянно будет происходить обновление этой строки, резко снижающее скорость доступа к памяти. Кэш с прямым отображением ввиду своей экономичности используется для построения вторичных кэшей сравнительно большого объема.    

    

Кэш с множественно-ассоциативным отображением.  

Такой способ отображения позволяет  каждому блоку основной памяти претендовать на одну из нескольких строк кэш-памяти, объединенных в набор (множество). Можно  считать, что в этом случае используется несколько параллельно и согласованно работающих каналов прямого отображения и контроллеру кэша приходится принимать решение о том, в какую из строк набора помещать очередной блок данных из ОП. В простейшем случае каждый блок ОП может помещаться в одну из двух строк (двухканальный множественно-ассоциативный кэш).Кэш с множественно-ассоциативным отображением может применяться для построения как первичных, так и вторичных кэшей.

Кэш с полностью ассоциативным  отображением. 

Такой способ отображения позволяет  производить загрузку любого блока ОП памяти в любую строку кэш-памяти. Контроллер кэш-памяти выделяет в адресе ОП два поля: поле тегов и поле слова. Поле тега совпадает с адресом блока ОП. Для проверки наличия копии блока ОП в кэш-памяти логика управления контроллера кэша должна одновременно сравнить теги всех строк кэша на совпадение с полем тега адреса. Это обеспечивается использованием ассоциативной памяти для хранения тегов кэша. Ассоциативное отображение обеспечивает гибкость при выборе строки кэш-памяти для размещения блока ОП, но требует использования дорогостоящей ассоциативной памяти, поэтому применяется только для построения первичных кэшей.

4. Приложение

Таблица 1

Вид вклада	Процентная  ставка	Сумма вклада, тыс. руб.
		Остаток входящий	Приход	Расход	Остаток исходящий
2	3	4	5	6	7
До востребования	2	64	15	18	61
Праздничный	5	115		35	80
Срочный	3	276	45		321
До востребования	2	55	12	15	52
Срочный	3	336	55		391
		846	127	68	905

 

Таблица 2

№ лицевого счета	Вид вклада	Остаток вклада с начисленным процентом
1	2	3
Операц  день'!A4	Операц  день'!B4	1,22
Операц  день'!A5	Операц  день'!B5	4
Операц  день'!A6	Операц  день'!B6	9,63
Операц  день'!A7	Операц  день'!B7	1,04
Операц  день'!A8	Операц  день'!B8	11,73
Всего		27,62