Большая советсткая энциклопедия Память ЭВМ

Память ЭВМ

Память ЭВМ, совокупность технических устройств и процессов, обеспечивающих запись, хранение и воспроизведение информации в ЭВМ. Память — основная часть любой вычислительной системы или отдельной вычислительной машины, она реализуется аппаратурно — в виде комплекса взаимосвязанных запоминающих устройств (ЗУ) — и программными средствами. Максимальное количество информации, которое может храниться в П. ЭВМ (ёмкость), определяется суммарной ёмкостью всех ЗУ, а быстродействие П. ЭВМ зависит как от быстродействия отдельных ЗУ, так и от принципов их организации в единую систему памяти и способов обмена информацией внутри этой системы. С увеличением ёмкости П. ЭВМ её быстродействие, как правило, снижается за счёт возрастания времени, необходимого для поиска нужной информации в больших массивах, а также вследствие увеличения времени пробега импульсов по электрическим цепям.

Память современной ЭВМ строится в виде многоступенчатой иерархической системы, что обеспечивает экономически оправданное удовлетворение противоречивых требований — большой ёмкости и высокого быстродействия. В иерархию П. ЭВМ обычно входят: внешняя память очень большой ёмкости (сотни миллионов слов), в которой массивы информации хранятся на магнитных лентах; ещё одна ступень внешней памяти, меньшей ёмкости и более высокого быстродействия, — на магнитных барабанах и магнитных дисках; внутренняя, или оперативная, память, которая в ЭВМ 3-го поколения чаще называется главной памятью, с ёмкостью до сотен тыс. и млн. слов и циклом обращения от десятых долей до нескольких мксек (быстродействие оперативной памяти, входящей в состав процессора, должно быть соизмеримо с быстродействием последнего, так как выполнение любой арифметической или логической операции связано с извлечением информации из оперативной памяти и записью туда полученных результатов); сверхоперативная память, объединяющая наиболее часто используемые ячейки оперативной памяти и имеющая ёмкость в несколько десятков или сотен слов и цикл обращения от сотых до десятых долей мксек; регистры — ЗУ ёмкостью в одно слово в различных блоках процессора; постоянная память (долговременная, односторонняя) для хранения табличных данных, коэффициентов, подпрограмм и микропрограмм; буферная память как промежуточное звено при обмене между ЗУ различных уровней П. ЭВМ.

Существенное ускорение вычислительного процесса за счёт уменьшения числа обращений к главной памяти может быть достигнуто использованием так называемой магазинной (гнездовой, стековой) памяти, представляющей собой набор отдельных словарных регистров, одноимённые разряды которых соединены между собой цепями сдвига. Применение магазинной памяти приводит также к уменьшению места, отводимого в главной памяти для хранения программ, и позволяет избегать запоминания содержимого регистров в главной памяти при переходе к подпрограммам или при прерывании данной программы внешними сигналами.

Учитывая, что все современные высокопроизводительные ЭВМ работают в режиме мультипрограммирования, при котором в них реализуется выполнение нескольких программ одновременно, исключительную важность приобретает вопрос организации обмена информацией между внешней и оперативной памятью. В системах с простым обменом в оперативной памяти в каждый данный момент времени размещается только одна программа или часть её, в системах с распределением оперативной памяти в последней может находиться одновременно несколько целевых программ или их частей. При этом не надо производить обмен каждый раз, когда обработка целевой программы заканчивается, так как др. целевые программы или их части уже находятся в П. ЭВМ и готовы к обработке.

Распределением П. ЭВМ называется процесс размещения информации (блоков данных или команд) в ЗУ различных уровней для наиболее эффективного использования всей ёмкости П. ЭВМ, рациональной организации вычислительного процесса и сокращения времени решения задачи. Статическое распределение П. ЭВМ производится программистом при анализе задачи и составлении программы, то есть до начала решения задачи. Однако это существенно затрудняет работу программиста, который в процессе программирования должен всё время следить, где на данном этапе находится нужная информация, какие запоминающие ячейки и поля П. ЭВМ заняты или свободны и т. д. При работе в режиме мультипрограммирования статическое распределение П. ЭВМ оказывается практически нереализуемым, так как программист не может заранее предусмотреть всех возможных ситуаций, возникающих при решении одновременно нескольких задач. Поэтому распределение П. ЭВМ должно выполняться в самой ЭВМ автоматически в процессе исполнения программ. Такой метод называется динамическим распределением П. ЭВМ. При этом во избежание случайного вторжения программой одной задачи в области П. ЭВМ, занятые информацией, относящейся к другой задаче, предусматривается защита памяти, благодаря которой при попытке обращения к запрещенным блокам П. ЭВМ происходит автоматическое прерывание программы. При динамическом распределении П. ЭВМ внутренний обмен информацией между оперативной и внешней памятью удаётся организовать так, что пользователь (программист) как бы имеет в своём распоряжении одну оперативную память очень большой ёмкости, ограниченной только разрядностью адреса в команде. На самом деле эта память — виртуальная (кажущаяся), так как в любой данный момент времени только небольшая часть информации, содержащейся в виртуальной памяти, физически находится в оперативном ЗУ.

Для нахождения информации в массиве П. ЭВМ применяют методы адресного (по номеру ячейки П. ЭВМ) и ассоциативного (по содержанию самой информации) поисков. Различают следующие виды адресации: неявную (подразумеваемый адрес), когда в команде не указывается адрес операнда (адрес подразумевается в коде операции команды); непосредственную, когда в команде содержится не адрес операнда, а сам операнд; прямую, при которой исполнительный адрес содержится в самой команде; относительную, при которой адрес формируется суммированием адресной части команды с содержанием так называемого базового регистра; косвенную, когда в команде указывается адрес (номер) ячейки ЗУ, в которой, в свою очередь, содержится адрес операнда. Ассоциативный поиск осуществляется в ассоциативных запоминающих устройствах. Дальнейшим развитием последних являются многофункциональные ЗУ, в которых реализуются не только функции сравнения, как в простых ассоциативных ЗУ, но и некоторые функции логической и арифметической обработки информации.

Лит.: Ассоциативные запоминающие устройства, под ред. Л. П. Крайзмера, Л., 1967; Крайзмер Л. П., Устройства хранения дискретной информации, 2 изд., Л., 1969; Крайзмер Л. П., Матюхин С. А., Майоркин С. Г., Память кибернетических систем (Основы мнемологии), М., 1971; Балашов Е. П., Кноль А. И., Многофункциональные запоминающие устройства, Л., 1972; Каган Б. М., Каневский М. М., Цифровые вычислительные машины и системы, 2 изд., М., 1973.

А. В. Гусев, Л. П. Крайзмер.