コンピュータシステムの設計では、 プロセッサ 、および大量のメモリデバイスが使用されています。ただし、主な問題は、これらの部品が高価であるということです。だから メモリ構成 システムのメモリ階層によって行うことができます。パフォーマンスレートが異なるいくつかのレベルのメモリがあります。しかし、これらすべてが正確な目的を提供できるため、アクセス時間を短縮できます。メモリ階層は、プログラムの動作に応じて開発されました。この記事では、コンピュータアーキテクチャのメモリ階層の概要について説明します。
メモリ階層とは何ですか？
コンピュータのメモリは、速度と使用法に基づいて5つの階層に分割できます。プロセッサは、その要件に基づいて、あるレベルから別のレベルに移動できます。メモリ内の5つの階層は、レジスタ、キャッシュ、メインメモリ、磁気ディスク、および磁気テープです。最初の3つの階層は揮発性メモリです。つまり、電力がない場合、保存されているデータは自動的に失われます。一方、最後の2つの階層は揮発性ではないため、データを永続的に保存します。
メモリ要素は、 ストレージデバイス バイナリデータをビットタイプで格納します。一般に、 メモリのストレージ 揮発性と不揮発性の2つのカテゴリに分類できます。
コンピュータアーキテクチャのメモリ階層
ザ・ メモリ階層の設計 コンピュータシステムでは、主にさまざまなストレージデバイスが含まれています。ほとんどのコンピューターには、メインメモリ容量を超えてより強力に実行するための追加のストレージが組み込まれています。以下 メモリ階層図 コンピュータメモリの階層ピラミッドです。メモリ階層の設計は、プライマリ（内部）メモリとセカンダリ（外部）メモリの2つのタイプに分けられます。
メモリ階層
プライマリメモリ
プライマリメモリは内部メモリとも呼ばれ、プロセッサから直接アクセスできます。このメモリには、メイン、キャッシュ、およびCPUレジスタが含まれます。
二次メモリ
セカンダリメモリは外部メモリとも呼ばれ、プロセッサは入力/出力モジュールを介してこれにアクセスできます。このメモリには、光ディスク、磁気ディスク、および磁気テープが含まれます。
メモリ階層の特徴
メモリ階層の特性には、主に次のものが含まれます。
パフォーマンス
以前は、コンピュータシステムの設計はメモリ階層なしで行われていましたが、アクセス時間の大きな差のためにメインメモリとCPUレジスタ間の速度ギャップが大きくなり、システムのパフォーマンスが低下していました。したがって、拡張は必須でした。これの拡張は、システムのパフォーマンスの向上により、メモリ階層モデルで設計されました。
能力
メモリ階層の機能は、メモリが格納できるデータの総量です。メモリ階層内で上から下に移動するたびに、容量が増加するためです。
アクセス時間
メモリ階層内のアクセス時間は、データの可用性と読み取りまたは書き込みの要求の間の時間の間隔です。メモリ階層内で上から下に移動するたびに、アクセス時間が長くなるためです。
ビットあたりのコスト
メモリ階層内で下から上にシフトすると、各ビットのコストが増加します。つまり、内部メモリは外部メモリに比べて高価です。
メモリ階層の設計
コンピュータのメモリ階層には、主に次のものが含まれます。
レジスター
通常、レジスタはコンピュータのプロセッサのスタティックRAMまたはSRAMであり、通常64ビットまたは128ビットのデータワードを保持するために使用されます。プログラムカウンタ 登録は最も重要です だけでなく、すべてのプロセッサで見つかりました。ほとんどのプロセッサは、ステータスワードレジスタとアキュムレータを使用します。ステータスワードレジスタは意思決定に使用され、アキュムレータは数学演算のようにデータを格納するために使用されます。通常、 複雑な命令セットコンピュータ メインメモリを受け入れるための非常に多くのレジスタがあり、 RISC-縮小命令セット コンピュータにはより多くのレジスタがあります。
キャッシュメモリ
キャッシュメモリもプロセッサにありますが、まれに別のメモリになる場合があります IC（集積回路） レベルに分かれています。キャッシュは、メインメモリから頻繁に使用されるデータのチャンクを保持します。プロセッサのコアが1つである場合、キャッシュレベルが2つ（または）多くなることはめったにありません。現在のマルチコアプロセッサは、1つのコアごとに3つの2レベルを持ち、1つのレベルが共有されます。
メインメモリ
コンピュータのメインメモリは、直接通信するCPUのメモリユニットに他なりません。コンピュータの主記憶装置です。このメモリは高速であり、コンピュータの操作全体でデータを保存するために使用される大きなメモリです。このメモリは、RAMとROMで構成されています。
磁気ディスク
コンピュータの磁気ディスクは、磁化された材料によってプラスチックまたは金属で製造された円形プレートです。多くの場合、ディスクの2つの面が使用され、すべてのプレーンで取得可能な読み取りまたは書き込みヘッドによって、多くのディスクが1つのスピンドルにスタックされる場合があります。コンピュータ内のすべてのディスクは、高速で一緒に回転します。コンピュータのトラックは、同心円の隣のスポットで磁化された平面内に格納されているビットに他なりません。これらは通常、セクターと呼ばれるセクションに分けられます。
磁気テープ
このテープは通常の磁気記録であり、薄いストリップの延長されたプラスチックフィルムに細長い磁化可能なカバーを付けて設計されています。これは主に巨大なデータをバックアップするために使用されます。コンピュータがストリップにアクセスする必要があるときはいつでも、最初にデータにアクセスするためにマウントします。データが許可されると、マウントが解除されます。メモリのアクセス時間は、磁気ストリップ内で遅くなるだけでなく、ストリップにアクセスするのに数分かかります。
メモリ階層の利点
メモリ階層の必要性には、次のものが含まれます。
- メモリの配布はシンプルで経済的です
- 外部破壊を取り除きます
- データは全体に分散できます
- デマンドページングとプリページングを許可します
- スワッピングはより熟練します
したがって、これはすべてについてです メモリ階層 。以上のことから、最終的には、主にビットコストやアクセス周波数を下げ、容量やアクセス時間を増やすために使われていると結論付けることができます。したがって、消費者の必需品を満たすためにこれらの特性がどれだけ必要かは、設計者次第です。ここにあなたへの質問があります、 OSのメモリ階層 ？
