Toshkent axborot texnologiyalari universiteti tizimlar va signallarni qayta ishlash

Xotira ierarxiyasi
Kompyuter xotirasi katta ma'lumot hajmiga, qisqa kirish vaqtiga (yuqori tezlik), yuqori ishonchlilikka va arzon narxga ega bo'lishi kerak. Ammo imkoniyatlarning oshishi bilan ishlash pasayadi va xarajatlar oshadi. Xotirani RAM va ROM ga bo'lish bu ziddiyatni to'liq bartaraf etmaydi, chunki protsessor, RAM va TXQ tezligining farqi juda katta. Shuning uchun axborot almashinuvi qo'shimcha buferli qurilmalar orqali amalga oshiriladi, ya'ni kompyuter xotirasi ierarxik ko'p darajali tuzilishga ega. Xotiraning tezligiqanchalik baland bo'lsa, 1 baytni saqlash qiymati shuncha yuqori bo'lsa, xotira hajmi shunchalik kam bo'ladi. Xotira ierarxiyasi quyidagicha (4.1-rasm):

4.1-rasm - Xotirani to'rt darajali tashkil etilish.

Xotira turlari:

1) mikroprotsessor xotirasining registrlari, shuningdek birinchi va ikkinchi darajadagi kesh xotirasi;

2) ichki xotira ROM, RAM;
3) tashqi xotira (Накопи́тель на жёстких магни́тных ди́сках, Накопитель на гибких магнитных дисках);
4) ommaviy yoki arxiv xotirasi.
Ushbu saqlash moslamalari tizimi katta hajmli (tashqi saqlash moslamalari tufayli) va yuqori tezlikda (ichki saqlash moslamalari tufayli) bitta saqlash qurilmasi sifatida ishlaydi.
Mikroprotsessorli xotira - bu kichik hajmli yuqori tezlikda ishlaydigan, MP ga kiritilgan va ALU tomonidan operandlarni va oraliq hisoblash natijalarini saqlash uchun foydalaniladi.
Har qanday EXM arxitekturasidan qat’i nazar, ma’lumotlar saqlash qurilmalarida (xotirada) saqlanadi, ularning xususiyatlari, joylashuvi va protsessor bilan o‘zaro ta’sir usulini hisobga olgan holda ichki yoki tashqi xotiraga murojaat qilinadi.
Sekin yuqori sig‘imli saqlash qurilmalari (qattiq holatdagi, magnit va optik disklar, magnit lentalar) tashqi xotira deb ataladi, chunki ular EXM ga kirish-chiqish qurilmalariga o‘xshash tarzda ulanadi. Xotiraning asosiy funksiyalari EXM ishlashi paytida ma’lumotlarni qabul qilish, saqlash va chiqarishdir. Ma’lumotlarni qabul qilish jarayoni, ular xotiraga kiritilgan vaqt ichida yozib olish, ma’lumotlarni berish jarayoni o‘qish yoki ular birgalikda xotiraga kirish jarayonlari sifatida belgilanadi.
Xotirani ko‘p xollarda Fon-Neyman xisoblash mashinalarining “nozik joyi” deb atashadi. Protsessorlarning ishlashidan tezlik jixatda jiddiy orqada qolishi tufayli, ishlashdagi samaradorli bo‘shliqlarini tobora ortib borishiga sabab bo‘lmoqda. Shunday qilib, agar protsessorlarning ishlashi taxminan har 1,5 yilda ikki baravar ko‘paysa, unda xotira chiplari uchun ishlashning o‘sishi yiliga 9% dan oshmaydi (10 yil ichida ikki baravar ko‘payadi), bu protsessor va xotira o‘rtasidagi ishlashdagi bo‘shliqning yiliga taxminan 50% ga oshishida ifodalanadi.
Agar hozirda ishlatiladigan xotira turlarini tahlil qilsak, quyidagi qonuniyat aniqlanadi:

• 
  Tanlash vaqti qancha qisqa bo‘lsa, bitni saqlash narxi shuncha yuqori bo‘ladi;
  
• 
  Hajm qancha katta, bitni saqlash qiymati past, lekin tanlash vaqti shuncha ko‘p.
  

Xotira tizimini yaratishda biz doimo kerakli quvvat va yuqori ishlashni arzon narxlarda ta’minlash muammosini hal qilishimiz kerak. Bu erda eng keng tarqalgan yondashuv iyerarxik asosda EXM ning xotira tizimini yaratishdir.Iyerarxik xotira har xil turdagi ma’lumot saqlovchi qurilma xotiralaridan iborat. Ular qaysidir, xususiyatlariga, muayyan murojaat qilishiga qarab tashkil topgan.
Xotira tizimini yaratishda biz doimo kerakli quvvat va yuqori ishlashni arzon narxlarda ta’minlash muammosini hal qilishimiz kerak. Bu erda eng keng tarqalgan yondashuv iyerarxik asosda EXM ning xotira tizimini yaratishdir. Iyerarxik xotira har xil turdagi ma’lumot saqlovchi qurilma xotiralaridan iborat. Ular qaysidir, xususiyatlariga, muayyan murojaat qilishiga qarab, iyerarxiyaning ma’lum bir darajada tegishli. Yuqori daraja hajmi jihatidan kichikroq, past darajadan tezkor va bit uzatish uchun katta tannarxga ega.

4.1-rasm. Xotira ierarxiyasi.

Ichki xotira
Ichki xotira - bu tezkor va cheklangan hajmdagi xotira bo'lib, u operatsion va doimiy xotiradan iborat bo'lishi mumkin. Uni ajratish printsipi odamlarda bo'lgani kabi bir xil. Bizda doimiy ravishda xotirada saqlanadigan ba'zi bir ma'lumotlar mavjud, ammo biz ma'lum vaqt davomida eslab turadigan ma'lumotlar mavjud yoki ular faqat muammoni hal qilish haqida o'ylayotgan paytda zarur.
Operativ xotira tezkor muammoni hal qilish jarayonida o'zgaruvchan, tezkor saqlash uchun ishlatiladi. Boshqa vazifani hal qilishda ma'lumot faqat ushbu vazifa uchun RAMda saqlanadi. Kompyuterni o'chirganingizda, ko'p hollarda operativ xotiradagi barcha ma'lumotlar o'chiriladi.
Doimiy xotira doimiy ma'lumotlarni saqlash uchun mo'ljallangan bo'lib, u kompyuterda qanday vazifa hal qilinishiga bog'liq emas. Aksariyat hollarda doimiy ma'lumot bu tez-tez ishlatiladigan vazifalarni hal qilish uchun dasturlar, shuningdek ba'zi bir boshqarish dasturlari, mikro dasturlar va boshqalar. Kompyuterni o'chirib qo'yish va uni ishga kiritish ma'lumotni saqlash sifatiga ta'sir qilmaydi.
Asosiy (operatsion) xotira chiplari har doim protsessorga qaraganda sekin ishlaydi. Shuning uchun, protsessor ko'pincha xotiradan ma'lumot kelishini kutib, bo'sh tsikllarni bajarishi kerak. Ushbu muammoni qisman hal qilish uchun tezroq (va undan qimmatroq) xotira chiplariga asoslangan kichik o'lchamdagi xotira (taxminan 128-512 Kb) ishlatiladi. Bunday xotira kesh yoki super operatsion xotira deb ataladi.
RAM - tez, yarim o'tkazgich, uchuvchi xotira. Operativ xotira unchalik katta bo'lmagan hajmga ega , ammo markaziy protsessor RAMda qayd etilgan ma'lumotlarga onlayn (tezkor) kirish huquqiga ega (RAMdan ma'lumotlarni olish uchun bir nechta nanosekundlar talab qilinmaydi). Operativ xotira ayni paytda ishlayotgan dasturni va u bilan bevosita ishlaydigan ma'lumotlarni saqlaydi. Bu shuni anglatadiki, biz diskda joylashgan har qanday kompyuter dasturini ishga tushirganimizda, u RAMga ko'chiriladi, shundan so'ng protsessor ushbu dasturda tasvirlangan buyruqlarni bajarishni boshlaydi. "Video xotira" deb nomlangan operativ xotiraning bir qismi ekrandagi joriy rasmga mos keladigan ma'lumotlarni o'z ichiga oladi. Operativ xotira - bu ma'lumotni o'qish va yozish uchun ishlatiladigan xotira. Quvvat o'chirilganida, RAMdagi ma'lumotlar yo'qoladi, bu o'zgaruvchanlik bilan izohlanadi.
Kompyuterda o'rnatilgan operativ xotira miqdori to'g'ridan-to'g'ri u bilan ishlashingiz mumkin bo'lgan dasturlarni aniqlaydi. Operativ xotira etishmasligi bilan ko'plab dasturlar umuman ishlamaydi yoki juda sekin ishlaydi.
Ko'pincha operativ xotira uchun RAM (Random Access Memory), ya'ni tasodifiy kirish xotirasi ishlatiladi.Yarim o'tkazgichlarning tasodifiy kirish xotirasi hozirgi vaqtda statik RAM (SRAM) va dinamik RAM (DRAM) ga bo'linadi.

3. 
   Operativ xotirani tasniflash.
   

Dinamik tasodifiy kirish xotirasi (Dynamic RAM - DRAM) ko'pgina kompyuter RAM tizimlarida qo'llaniladi. Ushbu turdagi xotiraning asosiy ustunligi shundaki, uning hujayralari juda zich joylashgan, juda ko'p bitlarni kichik mikrosxemaga yig'ish mumkin, bu ularning asosida siz katta hajmli xotirani yaratishingiz mumkin degan ma'noni anglatadi.
DRAM chipidagi xotira hujayralari zaryadga ega bo'lgan kichkina kondansatörlerdir. Ushbu turdagi xotira bilan bog'liq muammolar uning dinamik ekanligi bilan bog'liq, ya'ni. Uni doimiy ravishda yangilab turish kerak, chunki aks holda xotira kondansatörlerindeki elektr zaryadlari «quriydi» va ma'lumotlar yo'qoladi.
DRAM-ning eng muhim xususiyati tezlikni, yoki sodda qilib aytganda tsikl vaqti + kechikish vaqti + kirish vaqti, bu erda tsikl vaqti - ma'lumot uzatishga sarflanadigan vaqt, kechikish vaqti - satr va ustun manzilining dastlabki sozlamasi, kirish vaqti esa uyali qidirish vaqti. Nanosaniyalarda o'lchanadi.
Boshqalardan mutlaqo farq qiladigan xotira turi mavjud - statik tasodifiy kirish xotirasi (Statik RAM - SRAM). Bu shunday nomlangan, chunki dinamik tasodifiy kirish xotirasidan farqli o'laroq, uning tarkibini saqlash uchun davriy regeneratsiya talab qilinmaydi. Ammo bu uning yagona ustunligi emas. SRAM dinamik RAMga qaraganda yuqori tezlikka ega va zamonaviy protsessorlar bilan bir xil chastotada ishlashi mumkin.
SRAM chiplari butun tizim xotirasi uchun ishlatilmaydi, chunki dinamik RAM bilan solishtirganda SRAM ishlashi ancha yuqori, ammo uning zichligi ancha past va narxi ancha yuqori. Zichlikning pastligi SRAM chiplarining katta ekanligini anglatadi, ammo ularning ma'lumot sig'imi ancha kichikroq.
Shunga qaramay, ishlab chiqaruvchilar hali ham kompyuterning ish faoliyatini oshirish uchun SRAM-dan foydalanmoqdalar. Ammo narxning sezilarli o'sishiga yo'l qo'ymaslik uchun kesh sifatida ishlatiladigan oz miqdordagi yuqori tezlikda SRAM ishlatiladi.