التسلسل الهرمي للذاكرة في هندسة الكمبيوتر

في تصميم نظام الكمبيوتر ، معالج ، بالإضافة إلى كمية كبيرة من أجهزة الذاكرة. ومع ذلك ، فإن المشكلة الرئيسية هي أن هذه الأجزاء باهظة الثمن. لذلك تنظيم الذاكرة النظام يمكن أن يتم من خلال التسلسل الهرمي للذاكرة. لديها عدة مستويات من الذاكرة مع معدلات أداء مختلفة. ولكن كل هذه يمكن أن توفر غرضًا محددًا ، بحيث يمكن تقليل وقت الوصول. تم تطوير التسلسل الهرمي للذاكرة اعتمادًا على سلوك البرنامج. تتناول هذه المقالة نظرة عامة حول التسلسل الهرمي للذاكرة في هندسة الكمبيوتر.

ما هو التسلسل الهرمي للذاكرة؟

يمكن تقسيم الذاكرة في الكمبيوتر إلى خمسة تسلسلات هرمية بناءً على السرعة وكذلك الاستخدام. يمكن للمعالج الانتقال من مستوى إلى آخر بناءً على متطلباته. التسلسلات الهرمية الخمسة في الذاكرة هي السجلات ، وذاكرة التخزين المؤقت ، والذاكرة الرئيسية ، والأقراص المغناطيسية ، والأشرطة المغناطيسية. التسلسلات الهرمية الثلاثة الأولى هي ذكريات متقلبة مما يعني أنه عندما لا توجد طاقة ، ثم تفقد تلقائيًا بياناتها المخزنة. في حين أن التدرجين الهرمين الأخيرين ليسا متقلبين مما يعني أنهما يخزنان البيانات بشكل دائم.

عنصر الذاكرة هو مجموعة أجهزة التخزين الذي يخزن البيانات الثنائية في نوع البتات. بشكل عام، تخزين الذاكرة يمكن تصنيفها إلى فئتين مثل متقلبة وغير متقلبة.

التسلسل الهرمي للذاكرة في هندسة الكمبيوتر

ال تصميم التسلسل الهرمي للذاكرة في نظام الكمبيوتر يتضمن بشكل أساسي أجهزة تخزين مختلفة. تم دمج معظم أجهزة الكمبيوتر مع مساحة تخزين إضافية لتعمل بقوة أكبر بما يتجاوز سعة الذاكرة الرئيسية. الأتى مخطط التسلسل الهرمي للذاكرة هو هرم هرمي لذاكرة الكمبيوتر. ينقسم تصميم التسلسل الهرمي للذاكرة إلى نوعين مثل الذاكرة الأولية (الداخلية) والذاكرة الثانوية (الخارجية).

هرمية الذاكرة

ذاكرة الابتدائية

تُعرف الذاكرة الأساسية أيضًا بالذاكرة الداخلية ، ويمكن للمعالج الوصول إليها مباشرة. تتضمن هذه الذاكرة الرئيسية ، وذاكرة التخزين المؤقت ، وكذلك سجلات وحدة المعالجة المركزية.

الذاكرة الثانوية

تُعرف الذاكرة الثانوية أيضًا باسم الذاكرة الخارجية ، ويمكن للمعالج الوصول إليها من خلال وحدة إدخال / إخراج. تتضمن هذه الذاكرة قرصًا ضوئيًا وقرصًا مغناطيسيًا وشريطًا مغناطيسيًا.

خصائص التسلسل الهرمي للذاكرة

تتضمن خصائص التسلسل الهرمي للذاكرة بشكل أساسي ما يلي.

أداء

في السابق ، تم تصميم نظام الكمبيوتر بدون تسلسل هرمي للذاكرة ، وتعززت فجوة السرعة بين الذاكرة الرئيسية وكذلك سجلات وحدة المعالجة المركزية بسبب التباين الهائل في وقت الوصول ، مما سيؤدي إلى انخفاض أداء النظام. لذلك ، كان التحسين إلزاميًا. تم تصميم تحسين هذا في نموذج التسلسل الهرمي للذاكرة بسبب زيادة أداء النظام.

قدرة

قدرة التسلسل الهرمي للذاكرة هي الحجم الإجمالي للبيانات التي يمكن للذاكرة تخزينها. لأنه كلما انتقلنا من أعلى إلى أسفل داخل التسلسل الهرمي للذاكرة ، ستزداد السعة.

وقت الوصول

وقت الوصول في التسلسل الهرمي للذاكرة هو الفاصل الزمني بين توفر البيانات وكذلك طلب القراءة أو الكتابة. لأنه كلما انتقلنا من أعلى إلى أسفل داخل التسلسل الهرمي للذاكرة ، سيزداد وقت الوصول

التكلفة لكل بت

عندما ننتقل من أسفل إلى أعلى داخل التسلسل الهرمي للذاكرة ، فإن تكلفة كل بت ستزداد مما يعني أن الذاكرة الداخلية باهظة الثمن مقارنة بالذاكرة الخارجية.

تصميم هرمي الذاكرة

يتضمن التسلسل الهرمي للذاكرة في أجهزة الكمبيوتر بشكل أساسي ما يلي.

السجلات

عادةً ما يكون السجل عبارة عن ذاكرة RAM ثابتة أو SRAM في معالج الكمبيوتر والتي تُستخدم للاحتفاظ بكلمة البيانات التي تكون عادةً 64 أو 128 بت. عداد البرنامج التسجيل هو الأهم وكذلك وجدت في جميع المعالجات. تستخدم معظم المعالجات سجل كلمة الحالة بالإضافة إلى مجمع. يتم استخدام سجل كلمة الحالة لاتخاذ القرار ، ويستخدم المجمع لتخزين البيانات مثل العملية الرياضية. عادة ، مثل أجهزة الكمبيوتر مجموعة التعليمات المعقدة لأجهزة الكمبيوتر لديها الكثير من السجلات لقبول الذاكرة الرئيسية ، و RISC- مجموعة تعليمات مخفضة أجهزة الكمبيوتر لديها المزيد من السجلات.

الذاكرة المؤقتة

يمكن أيضًا العثور على ذاكرة التخزين المؤقت في المعالج ، ولكن نادرًا ما قد تكون أخرى IC (دائرة متكاملة) الذي ينقسم إلى مستويات. تحتوي ذاكرة التخزين المؤقت على جزء كبير من البيانات التي يتم استخدامها بشكل متكرر من الذاكرة الرئيسية. عندما يحتوي المعالج على نواة واحدة ، فإنه نادرًا ما يحتوي على مستويين (أو) من ذاكرة التخزين المؤقت. سيكون للمعالجات متعددة النواة الحالية ثلاثة ، مستويين لكل نواة ، ومستوى واحد مشترك.

الذاكرة الرئيسية

الذاكرة الرئيسية في الكمبيوتر ليست سوى وحدة الذاكرة في وحدة المعالجة المركزية التي تتصل مباشرة. إنها وحدة التخزين الرئيسية للكمبيوتر. هذه الذاكرة سريعة وكذلك الذاكرة الكبيرة المستخدمة لتخزين البيانات خلال عمليات الكمبيوتر. تتكون هذه الذاكرة من ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) وكذلك ROM.

الأقراص المغناطيسية

الأقراص المغناطيسية الموجودة في الكمبيوتر عبارة عن لوحات دائرية مصنوعة من البلاستيك ، وإلا فقد تكون مصنوعة من مادة ممغنطة. في كثير من الأحيان ، يتم استخدام وجهين من القرص بالإضافة إلى العديد من الأقراص التي يمكن تكديسها على مغزل واحد بواسطة رؤوس القراءة أو الكتابة التي يمكن الحصول عليها على كل مستوى. يتم تشغيل جميع الأقراص الموجودة في الكمبيوتر معًا بسرعة عالية. المسارات الموجودة في الكمبيوتر ليست سوى أجزاء يتم تخزينها داخل المستوى الممغنط في نقاط بجوار الدوائر متحدة المركز. وعادة ما يتم فصلها إلى أقسام تسمى قطاعات.

شريط ممغنط

هذا الشريط عبارة عن تسجيل مغناطيسي عادي مصمم بغطاء مغناطيسي رفيع على فيلم بلاستيكي ممتد من الشريط الرفيع. يستخدم هذا بشكل أساسي لعمل نسخة احتياطية من البيانات الضخمة. عندما يتطلب الكمبيوتر الوصول إلى شريط ، سيتم أولاً تحميله للوصول إلى البيانات. بمجرد السماح للبيانات ، سيتم إلغاء تحميلها. سيكون وقت الوصول إلى الذاكرة أبطأ داخل الشريط المغناطيسي ، كما سيستغرق الوصول إلى الشريط بضع دقائق.

مزايا التسلسل الهرمي للذاكرة

تتضمن الحاجة إلى التسلسل الهرمي للذاكرة ما يلي.

• توزيع الذاكرة بسيط واقتصادي
• يزيل الدمار الخارجي
• يمكن نشر البيانات في كل مكان
• تصاريح طلب الترحيل والترحيل المسبق
• سوف تكون المبادلة أكثر كفاءة

وبالتالي ، هذا كل شيء عن هرمية الذاكرة . من المعلومات المذكورة أعلاه ، أخيرًا ، يمكننا أن نستنتج أنه يتم استخدامها بشكل أساسي لتقليل تكلفة البت ، وتكرار الوصول ، وزيادة السعة ووقت الوصول. لذا فإن الأمر متروك للمصمم كم يحتاج إلى هذه الخصائص لتلبية احتياجات المستهلكين. هنا سؤال لك، التسلسل الهرمي للذاكرة في نظام التشغيل ؟