Постоянная внутренняя память используется для хранения

Обновлено: 03.07.2024

Классификация запоминающих устройств и систем памяти позволяет выделить общие и характерные особенности их организации, систематизировать базовые принципы и методы, положенные в основу их реализации и использования.

Устройства памяти подразделяются по двум основным критериям: по функциональному назначению (роли или месту в иерархии памяти) и принципу организации.

Классификация ЗУ по функциональному назначению (иерархия запоминающих устройств)

Память ЭВМ почти всегда является "узким местом", ограничивающим производительность компьютера. Поэтому в ее организации используется ряд приемов, улучшающих временные характеристики памяти и, следовательно, повышающих производительность ЭВМ в целом.

Память вычислительной машины представляет собой иерархию запоминающих устройств (внутренние регистры процессора, различные типы сверхоперативной и оперативной памяти, диски, ленты), отличающихся средним временем доступа и стоимостью хранения данных в расчете на один бит. Пользователю хотелось бы иметь и недорогую и быструю память. Кэш-память представляет некоторое компромиссное решение этой проблемы.

Кэш-память - это способ организации совместного функционирования двух типов запоминающих устройств, отличающихся временем доступа и стоимостью хранения данных, который позволяет уменьшить среднее время доступа к данным за счет динамического копирования в "быстрое" ЗУ наиболее часто используемой информации из медленного ЗУ.

Кэш-памятью часто называют не только способ организации работы двух типов запоминающих устройств, но и одно из устройств - "быстрое" ЗУ. Оно стоит дороже и, как правило, имеет сравнительно небольшой объем.

Верхнее место в иерархии памяти занимают регистровые ЗУ, которые входят в состав процессора и часто рассматриваются не как самостоятельный блок ЗУ, а просто как набор регистров процессора. Такие ЗУ в большинстве случаев реализованы на том же кристалле, что и процессор, и предназначены для хранения небольшого количества информации (до нескольких десятков слов, а в RISC-архитектурах – до сотни), которая обрабатывается в текущий момент времени или часто используется процессором. Это позволяет сократить время выполнения программы за счет использования команд типа регистр-регистр и уменьшить частоту обменов информацией с более медленными ЗУ ЭВМ. Обращение к этим ЗУ производится непосредственно по командам процессора.

Следующую позицию в иерархии занимают буферные ЗУ (кэш-память). Их назначение состоит в сокращении времени передачи информации между процессором и более медленными уровнями памяти компьютера. Буферная память может устанавливаться на различных уровнях, но здесь речь идет именно об указанном ее местоположении.

Еще одним (внутренним) уровнем памяти являются служебные ЗУ. Они могут иметь различное назначение. Одним из примеров таких устройств являются ЗУ микропрограмм выполнения команд процессора, а также различных служебных операций (например, хранение таблиц адресов данных в кэше процессора). Специфика назначения предполагает недоступность их командам процессора.

Следующим уровнем иерархии памяти является оперативная память. Оперативное ЗУ (ОЗУ) является основным запоминающим устройством ЭВМ, в котором хранятся выполняемые в настоящий момент процессором программы и обрабатываемые данные, резидентные программы, модули операционной системы и т.п. Информация, находящаяся в ОЗУ, непосредственно доступна командам процессора, при условии соблюдения требований защиты.

Еще одним уровнем иерархии ЗУ может являться дополнительная память, которую иногда называли расширенной или массовой. Эта ступень использовалась для наращивания емкости оперативной памяти до величины, соответствующей адресному пространству с помощью подключения более дешевого и емкого, чем ОЗУ, но более медленного запоминающего устройства.

В состав памяти ЭВМ входят также ЗУ, принадлежащие отдельным функциональным блокам компьютера. Формально эти устройства непосредственно не обслуживают основные потоки данных и команд, проходящие через процессор. Их назначение обычно сводится к буферизации данных, извлекаемых из каких-либо устройств и поступающих в них. Типичные примеры такой памяти – видеопамять графического адаптера и буферная память контроллеров жестких дисков и других внешних запоминающих устройств. Емкости и быстродействие этих видов памяти зависят от конкретного функционального назначения обслуживаемых ими устройств. Для видеопамяти, например, объем может достигать величин, сравнимых с оперативными ЗУ, а быстродействие – даже превосходить быстродействие последних.

Следующей ступенью памяти, являются жесткие диски. В этих ЗУ хранится практически вся информация, начиная от операционной системы и основных прикладных программ и кончая редко используемыми пакетами и справочными данными. Эти ЗУ обладают большей емкостью, чем остальные виды памяти и используются для постоянного хранения данных.

Все остальные запоминающие устройства можно объединить с точки зрения функционального назначения в одну общую группу, охарактеризовав ее как группу внешних ЗУ. Под словом “внешние” следует подразумевать то, что информация, хранимая в этих ЗУ, в общем случае расположена на носителях не являющихся частью собственно ЭВМ. Это дискеты, флеш-накопители, CD, DVD, BD-диски и др.

Особенности организации ЗУ определяются, в первую очередь, используемыми технологиями, логикой их функционирования, а также некоторыми другими факторами. Эти особенности и соответствующие разновидности ЗУ перечисляются ниже.

По функциональным возможностям ЗУ можно разделять:

простые, допускающие только хранение информации;

многофункциональные, которые позволяют не только хранить, но и перерабатывать хранимую информацию без участия процессора непосредственно в самих ЗУ.

По возможности изменения информации различают ЗУ:

постоянные (или с однократной записью – CD-ROM, ПЗУ);

односторонние (с перезаписью или перепрограммируемые – CD-RW);

двусторонние (имеют близкие значения времен чтения и записи – HDD).

По способу доступа различают ЗУ:

с адресным доступом (произвольный, последовательный);

с ассоциативным доступом (по ключу).

По организации носителя различают ЗУ:

с неподвижным носителем (SDD, flash);

с подвижным носителем (HDD).

По способу подключения к системе ЗУ делятся на:

По количеству блоков, образующих модуль или ступень памяти, можно различать:

многоблочные ЗУ (позволяют обрабатывать данные параллельно).

Состав, устройство и принцип действия основной памяти

Комплекс технических средств, реализующих функцию памяти, называется запоминающим устройством (ЗУ). ЗУ необходимы для размещения в них команд и данных. Они обеспечивают центральному процессору доступ к программам и информации.

Запоминающие устройства делятся на:

основную память (ОП),

сверхоперативную память (СОЗУ) – устаревшее название кэш и/или регистровой памяти

внешние запоминающие устройства (ВЗУ).

Основная память включает в себя два типа устройств: оперативное запоминающее устройство (ОЗУ или RAM - Random Access Memory) и постоянное запоминающее устройство (ПЗУ или ROM - Read Only Memory).

ОЗУ предназначено для хранения переменной информации. Оно допускает изменение своего содержимого в ходе выполнения процессором вычислительных операций с данными и может работать в режимах записи, чтения, хранения.

ПЗУ содержит информацию, которая не должна изменяться в ходе выполнения процессором вычислительных операций, например стандартные программы и константы. Эта информация заносится в ПЗУ перед установкой микросхемы в ЭВМ. Основными операциями, которые может выполнять ПЗУ, являются чтение и хранение.

Функциональные возможности ОЗУ шире, чем ПЗУ Но ПЗУ сохраняет информацию при отключении питания (т.е. является энергонезависимой памятью) и может иметь более высокое быстродействие, так как ограниченность функциональных возможностей ПЗУ и его специализация на чтении и хранении позволяют сократить время выполнения реализуемых им операций считывания.

В современных ЭВМ микросхемы памяти (ОП и СОЗУ) изготавливают из кремния по полупроводниковой технологии с высокой степенью интеграции элементов на кристалле (микросхемы памяти относятся к так называемым “регулярным” схемам, что позволяет сделать установку элементов памяти в кристалле (чипе) настолько плотной, что размеры элементов памяти становятся сопоставимыми с размерами отдельных атомов).

Основной составной частью микросхемы является массив элементов памяти (ЭП), объединенных в матрицу накопителя.

Каждый элемент памяти может хранить 1 бит информации и имеет свой адрес. ЗУ, позволяющие обращаться по адресу к любому ЭП в произвольном порядке, называются запоминающими устройствами с произвольным доступом.

При матричной организации памяти реализуется координатный принцип адресации ЭП, в связи с чем адрес делится на две части (две координаты) - Х и Y. На пересечении этих координат находится элемент памяти, чья информация должна быть прочитана или изменена.

ОЗУ связано с остальным микропроцессорным комплектом ЭВМ через системную магистраль (рис.1).

Рис. 1. Структурная схема ОЗУ

По шине управления передается сигнал, определяющий, какую операцию необходимо выполнить.

По шине данных передается информация, записываемая в память или считываемая из нее.

По шине адреса передается адрес участвующих в обмене элементов памяти (поскольку данные передаются машинными словами, а один ЭП может воспринять только один бит информации, блок элементов памяти состоит из n матриц ЭП, где n -количество разрядов в машинном слове). Максимальная емкость памяти определяется количеством линий в шине адреса системной магистрали.

Микросхемы памяти могут строиться на статических (SRAM) и динамических (DRAM) ЭП. В качестве статического ЭП чаще всего выступает статический триггер. В качестве динамического ЭП может использоваться электрический конденсатор, сформированный внутри кремниевого кристалла.

Статические ЭП способны сохранять свое состояние (0 или 1) неограниченно долго (при включенном питании). Динамические ЭП с течением времени записанную в них информацию теряют (например, из-за саморазряда конденсатора), поэтому они нуждаются в периодическом восстановлении записанной в них информации - в регенерации.

Микросхемы элементов памяти динамических ОЗУ отличаются от аналогичных ЭП статических ОЗУ меньшим числом компонентов в одном элементе памяти, в связи с чем имеют меньшие размеры и могут быть более плотно упакованы в кристалле. Однако из-за необходимости регенерации информации динамические ОЗУ имеют более сложные схемы управления.

Основными характеристиками ОЗУ являются объем и быстродействие.

На производительность ЭВМ влияет не только время доступа, но и такие параметры (связанные с ОЗУ), как тактовая частота и разрядность шины данных системной магистрали. Если тактовая частота недостаточно высока, то ОЗУ простаивает в ожидании обращения. При тактовой частоте, превышающей возможности ОЗУ, в ожидании будет находиться системная магистраль, через которую поступил запрос в ОЗУ.

ПЗУ (энергонезависимая память)

Микросхемы ПЗУ также построены по принципу матричной структуры накопителя. Функции элементов памяти в них выполняют перемычки в виде проводников, полупроводниковых диодов или транзисторов. В такой матрице наличие перемычки может означать “1”, а ее отсутствие - “О”. Занесение формации в микросхему ПЗУ называется еепрограммированием, а устройство, с помощью которого заносится информация, - программатором. Программирование ПЗУ заключается в устранении (прожигании) перемычек по тем адресам, где должен храниться “О”. Обычно схемы ПЗУ допускают только одно программирование, но специальные микросхемы - репрограммируемые ПЗУ (РПЗУ) - допускают их многократное стирание и занесение новой информации. Этот вид микросхем также относится к энергонезависимым, т.е. может длительное время сохранять информацию при выключенном питании (стирание микросхемы происходит либо за счет подачи специального стирающего напряжения, либо за счет воздействия на кристалл ультрафиолетового излучения, для этого в корпусе микросхемы оставляется прозрачное окно).

Сверхоперативные ЗУ(в настоящее время это кэш-память) используются для хранения небольших объемов информации и имеют значительно меньшее время (в 2 - 10 раз) считывания/записи, чем основная память. СОЗУ (или кэш) обычно строятся на регистрах и регистровых структурах.

Регистр представляет собой электронное устройство, способное хранить занесенное в него число неограниченно долго (при включенном питании). Наибольшее распространение получили регистры на статических триггерах.

По назначению регистры делятся на регистры хранения и регистры сдвига. Информация в регистры может заноситься и считываться либо параллельно, сразу всеми разрядами, либо последовательно, через один из крайних разрядов с последующим сдвигом занесенной информации.

Сдвиг записанной в регистр информации может производиться вправо или влево. Если регистр допускает сдвиг информации в любом направлении, он называется реверсивным.

Регистры могут быть объединены в единую структуру. Возможности такой структуры определяются способом доступа и адресации регистров.

Если к любому регистру можно обратиться для записи/чтения по его адресу, такая регистровая структура образует СОЗУ с произвольным доступом.

Безадресные регистровые структуры могут образовывать два вида устройств памяти: магазинного типа и память с выборкой по содержанию (ассоциативные ЗУ).

Память магазинного типа образуется из последовательно соединенных регистров (рис. 2).

Если запись в регистровую структуру (рис.2,а) производится через один регистр, а считывание - через другой, то такая память является аналогом магазинной памяти и работает по принципу “первым вошел - первым вышел” (FIFO - first input, first output).

Если же запись и чтение осуществляются через один и тот же регистр (рис. 2,б), такое устройство называется стековой памятью, работающей по принципу “первым вошел — последним вышел” (FILO - first input, last output). При записи числа в стековую память сначала содержимое стека сдвигается в сторону последнего, К-го регистра (если стек был полностью заполнен, то число из К-го регистра теряется), а затем число заносится в вершину стека -регистр 1. Чтение осуществляется тоже через вершину стека, после того как число из вершины прочитано, стек сдвигается в сторону регистра 1.

Рис.2. Регистровая структура магазинного типа: а - типа FIFO; б - типа FILO

Стековая память получила широкое распространение. Для ее реализации в ЭВМ разработаны специальные микросхемы. Но часто работа стековой памяти эмулируется в основной памяти ЭВМ: с помощью программ операционной системы выделяется часть памяти под стек (в IBM PC для этой цели выделяется 64 Кбайта). Специальный регистр микропроцессора (указатель стека) постоянно хранит адрес ячейки ОП, выполняющей функции вершины стека. Чтение числа всегда производится из вершины стека, после чего указатель стека изменяется и указывает на очередную ячейку стековой памяти (т.е. фактически стек остается неподвижным, а перемещается вершина стека). При записи числа в стек сначала номер ячейки в указателе стека модифицируется так, чтобы он указывал на очередную свободную ячейку, после чего производится запись числа по этому адресу. Такая работа указателя стека позволяет реализовать принцип “первым вошел - последним вышел”. В стек может быть загружен в определенной последовательности ряд данных, которые впоследствии считываются из стека уже в обратном порядке, на этом свойстве построена система арифметических преобразований информации, известная под названием “логика Лукашевича”.

Память с выборкой по содержанию является безадресной. Обращение к ней осуществляется по специальной маске, которая содержит поисковый образ. Информация считывается из памяти, если часть ее соответствует поисковому образу, зафиксированному в маске. Например, если в такую память записана информация, содержащая данные о месте жительства (включая город), и необходимо найти сведения о жителях определенного города, то название этого города помещается в маску и дается команда чтение - из памяти выбираются все записи, относящиеся к заданному городу.

В микропроцессорах ассоциативные ЗУ используются в составе кэш-памяти для хранения адресной части команд и операндов исполняемой программы. При этом нет необходимости обращаться к ОП за следующей командой или требуемым операндом: достаточно поместить в маску необходимый адрес, если искомая информация имеется в СОЗУ, то она будет сразу выдана. Обращение к ОП будет необходимо лишь при отсутствии требуемой информации в СОЗУ. За счет такого использования СОЗУ сокращается число обращений к ОП, а это позволяет экономить время, так как обращение к СОЗУ требует в 2 - 10 раз меньше времени, чем обращение к ОП.

Рис. 3. Возможный состав системы памяти ЭВМ

Кэш 1-го уровня – 8 Кслов, ( не более 128 Кб ) 1-2 такта

Кэш 2-го уровня – 256 Кслов, (от 128 Кбайт до 1−12 Мбайт) 3-5 тактов

Кэш 3-го уровня – 1 Мслов, (более 24 Мбайт) 6-11 тактов

Основная память – 4 Гслов, 12-55 тактов

Внешняя память – к*Тслов, от 10 6 слов

Буферные ЗУ:Их назначение состоит в сокращении времени передачи информации между процессором и более медленными уровнями памяти компьютера. Буферная память может устанавливаться на различных уровнях. Ранее такие буферные ЗУ в отечественной литературе называлисверхоперативными (СОЗУ), сейчас это название практически полностью вытеснил термин "кэш-память" или простокэш.

Принцип использования буферной памяти во всех случаях сводится к одному и тому же. Буфер представляет собой более быстрое (а значит, и более дорогое), но менее емкое ЗУ, чем то, для ускорения работы которого он предназначен. При этом в буфере размещается только та часть информации из более медленного ЗУ, которая используется в настоящий момент.

Конструктивно кэш уровня L1 входит в состав процессора (поэтому его иногда называют внутренним). Кэш уровня L2 либо также входит в микросхему процессора, либо может быть реализован в виде отдельной памяти. Как правило, на параметры быстродействия процессора большее влияние оказывают характеристики кэш-памяти первого уровня.

Время обращения к кэш-памяти, которая обычно работает на частоте процессора, составляет от десятых долей до единиц наносекунд, т.е. не превышает длительности одного цикла процессора.

Обмен информацией между кэш-памятью и более медленными ЗУ для улучшения временных характеристик выполняется блоками, а не байтами или словами.Управляют этим обменом аппаратные средства процессора и операционная система, и вмешательство прикладной программы не требуется. Причем непосредственно командам процессора кэш-память недоступна, т.е. программа не может явно указать чтение или запись в кэш-памяти, которая является для нее, как иногда говорят, “прозрачной” (прямой перевод используемого в англоязычной литературе словаtransparent).

Кэш (cache) - это память быстрого доступа, расположенная непосредственно в процессоре (в старых ЦП в виде микросхемы). Эта характеристика не так важна, как тактовая частота, но все же будет не приятно если кэш будет маленьким. В нем храниться информация с наибольшей вероятностью запроса. Доступ к этой информации будет воспроизведен мгновенно, этим cache отличается от оперативной памяти.

Постоянная память (или PMem) — это новый тип технологии памяти, который обеспечивает хранение содержимого через циклы электропитания и может использоваться в качестве хранилища верхнего уровня. Поэтому вы можете слышать людей, которые ссылаются на PMem как на "память класса хранения" или SCM. эта статья содержит сведения о энергонезависимой памяти и о том, как развернуть ее в качестве верхнего уровня хранилища в Azure Stack хЦи и Windows Server.

Что такое постоянная память?

Постоянная память — это тип съемного носителя, который подходит для стандартного гнезда DIMM (памяти). Это медленнее DRAM, но обеспечивает более высокую пропускную способность, чем SSD и NVMe. По сравнению с DRAM модули постоянного обмена памятью имеют гораздо больше емкости и менее затратны на ГБ, однако они все еще более дороги, чем NVMe. Содержимое памяти остается даже при отключении питания системы в случае непредвиденных потерь питания, завершения работы, инициированного пользователем, или сбоя системы. Это означает, что модули энергонезависимой памяти можно использовать как Ultra-Fast, постоянное хранилище.

Azure Stack хЦи и Windows Server 2019 поддерживают использование постоянной памяти в качестве диска кэша или емкости. Однако, учитывая модель ценообразования, постоянная память предоставляет наибольшее значение в виде кэша или в виде небольшого объема выделенного хранилища для данных сопоставления памяти. В большинстве случаев накопители в энергонезависимом объеме памяти будут автоматически использоваться в качестве дисков кэша, и в качестве дисков емкости будут использоваться все более медленные диски. Дополнительные сведения о настройке дисков кэша и емкости см. в статье Общие сведения о кэше пула носителей и планировании томов.

Основные понятия энергонезависимой памяти

в этом разделе описываются основные понятия, которые необходимо знать для развертывания энергонезависимой памяти в Windows Server и Azure Stack средах хЦи для сокращения узких мест ввода-вывода и повышения производительности.

Методы доступа

Существует два способа доступа к энергонезависимой памяти. К ним относятся:

Блокировать доступ, который действует как хранилище для совместимости приложений. В этой конфигурации данные проходят через стек файловой системы и хранилища в нормальном режиме. Эту конфигурацию можно использовать в сочетании с NTFS и ReFS, поэтому рекомендуется для большинства вариантов использования.
Прямой доступ (DAX), который действует как память для получения наименьшей задержки. DAX можно использовать только в сочетании с NTFS. Если вы не используете DAX правильно, возможны потери данных. Настоятельно рекомендуется использовать DAX с включенной таблицей преобразования блоков (БТТ) для снижения риска разорванных операций записи. Дополнительные сведения см. в разделе изучение и настройка DAX.

DAX не поддерживается в средах ХЦИ Azure Stack. Azure Stack ХЦИ поддерживает только блочный доступ с включенным БТТ.

Регионы

Регион — это набор из одного или нескольких модулей энергонезависимой памяти. Регионы часто создаются в виде наборов с чередованием , в которых несколько постоянных модулей памяти отображаются в виде одного логического виртуального адресного пространства для увеличения пропускной способности. Чтобы увеличить доступную пропускную способность, соседние виртуальные адреса распределяются по нескольким модулям энергонезависимой памяти. Регионы обычно можно создавать в BIOS серверной платформы.

пмемдискс

Чтобы использовать постоянную память в качестве хранилища, необходимо определить по меньшей мере один пмемдиск, который является виртуальным жестким диском (VHD) на узле, который перечисляет как пмемдиск внутри виртуальной машины. Пмемдиск — это непрерывно разрешаемый диапазон энергонезависимой памяти, который можно рассматривать как раздел жесткого диска или LUN. вы можете создать несколько пмемдискс с помощью командлетов Windows PowerShell, чтобы разделить доступную необработанную емкость. каждый модуль энергонезависимой памяти содержит метку служба хранилища области (LSA), в которой хранятся метаданные конфигурации.

Блокировать таблицу преобразования

В отличие от твердотельных накопителей, модули энергосбережения не защищают от "разорванных операций записи", которые могут возникать в случае сбоя питания или отключения системы, путем размещения данных под угрозой. БТТ уменьшает этот риск, предоставляя семантику обновления атомарных секторов для устройств энергонезависимой памяти, тем самым позволяя выполнять операции записи секторов подобного типа, чтобы приложения могли избежать смешивания старых и новых данных в сценарии сбоя. Настоятельно рекомендуется включать БТТ практически во всех случаях. Так как БТТ является свойством Пмемдиск, он должен быть включен при создании Пмемдиск.

В режиме блокировки доступа рекомендуется использовать БТТ, так как все данные будут использовать семантику блока. БТТ также полезен в режиме DAX, так как в операциях с метаданными все еще используется семантика блоков, даже если в операциях с данными приложения нет. Даже если все операции приложения используют размещенные в памяти файлы с семантикой DAX, то при выполнении операций с метаданными может произойти обрывная запись. Таким образом, включение БТТ остается ценным.

Поддерживаемое оборудование

в следующей таблице показано поддерживаемое оборудование энергонезависимой памяти для Azure Stack хЦи и Windows Server. постоянная память полностью поддерживается в Windows Server 2019, включая дисковые пространства Direct.

Технология энергоустойчивой памяти	Windows Server 2016	Azure Stack хЦи v20H2/Windows Server 2019
NVDIMM-N в постоянном режиме	Поддерживается	Поддерживается
Постоянная память Intel оптане™ контроллера домена в режиме прямого подключения приложения	Не поддерживается	Поддерживается
Постоянная память контроллера домена Intel оптане™ в режиме памяти	Поддерживается	Поддерживается

Постоянная память Intel Оптане контроллера домена поддерживает режимы работы с памятью (volatile) и Direct (постоянные). Чтобы использовать модули энергонезависимой памяти в качестве хранилища, что является основным вариантом использования рабочих нагрузок сервера, необходимо использовать режим Direct приложения. Режим памяти по сути использует постоянную память как более медленную, что обычно не соответствует требованиям к производительности серверных рабочих нагрузок. Режим памяти отличается от DAX, который является постоянным томом хранилища, доступ к которому можно получить с помощью семантики, подобной памяти.

Режим работы часто предварительно настраивается производителем устройства.

При перезапуске системы с несколькими модулями Intel® Оптане™ных модулей памяти в режиме Direct, разделенных на несколько Пмемдискс, вы можете потерять доступ к некоторым или всем связанным дискам логического хранилища. эта проблема возникает в версиях Windows Server 2019, предшествующих версии 1903.

Такая утрата доступа происходит потому, что модуль энергонезависимой памяти не обучен или завершается ошибкой при запуске системы. В этом случае все Пмемдискс на любом модуле энергонезависимой памяти в системе завершится сбоем, включая те, которые физически не соответствуют модулю, в котором произошел сбой.

Чтобы восстановить доступ ко всем Пмемдискс, замените неисправный модуль.

если модуль завершается сбоем в Windows Server 2019 версии 1903 или более поздней версии, доступ будет потерян только для пмемдискс, которые физически соответствуют затронутому модулю. другие не затрагиваются.

Настройка энергонезависимой памяти

Если вы используете постоянную память Intel Оптане, следуйте приведенным здесь инструкциям. Если вы используете модули постоянного обмена памятью от другого поставщика, обратитесь к документации.

Чтобы создать Пмемдиск, поддерживающий БТТ, используйте New-VHD командлет:

Расширение VHD должно иметь значение "вхдпмем".

Кроме того, можно преобразовать виртуальный жесткий диск, для которого не включен БТТ, в один из них (и наоборот) с помощью Convert-VHD командлета:

После преобразования новый виртуальный жесткий диск будет иметь тот же GUID пространства имен, что и исходный. Это может привести к проблемам, особенно если они подключены к одной виртуальной машине. Чтобы создать новый идентификатор UUID пространства имен для преобразованного виртуального жесткого диска, используйте Set-VHD командлет:

Общие сведения о чередующихся наборах

Чередующиеся наборы обычно можно создавать в BIOS серверной платформы, чтобы несколько устройств энергонезависимой памяти отображались как один диск для операционной системы узла, увеличивая пропускную способность для этого диска.

Windows Server 2016 не поддерживает чередующиеся наборы модулей энергонезависимой памяти.

Вспомним, что модуль постоянного ОЗУ находится в стандартном гнезде DIMM (памяти), который помещает данные ближе к процессору. Эта конфигурация сокращает задержку и повышает производительность при извлечении. Чтобы еще больше увеличить пропускную способность, два или более постоянных модуля памяти создают n-направленный чередующийся набор операций чтения и записи. Наиболее распространенные конфигурации являются двусторонними или четырьмя-двусторонними.

Get-PmemDisk Для просмотра конфигурации таких логических дисков можно использовать командлет PowerShell следующим образом.

Видно, что логический диск PMem 2 использует физические устройства Id20 и Id120, а логический диск PMem 3 использует физические устройства Id1020 и Id1120.

Чтобы получить дополнительные сведения о наборе с чередованием, который используется логическим диском, выполните Get-PmemPhysicalDevice командлет:

Настройка наборов с чередованием

Чтобы настроить набор с чередованием, выполните командлет, Get-PmemUnusedRegion чтобы проверить все области памяти, которые не назначены логическому диску энергонезависимой памяти в системе:

Чтобы просмотреть все сведения об устройстве PMem в системе, включая тип устройства, расположение, работоспособность и рабочее состояние и т. д., выполните Get-PmemPhysicalDevice командлет:

Так как у нас есть доступный неиспользуемый регион PMem, можно создать новые диски энергонезависимой памяти. Можно использовать неиспользуемый регион для создания нескольких дисковых накопителей с энергонезависимой памятью, выполнив следующие командлеты:

После этого результаты можно увидеть, выполнив следующую команду:

Стоит отметить, что Get-PhysicalDisk | Where MediaType -eq SCM Get-PmemDisk для получения тех же результатов можно использовать вместо. недавно созданный диск энергонезависимой памяти соответствует дискам, которые отображаются в PowerShell и в центре администрирования Windows.

Замена энергонезависимой памяти

Если необходимо заменить неисправный модуль, необходимо повторно выполнить инициализацию диска PMem (см. действия, описанные выше).

При устранении неполадок может потребоваться использовать Remove-PmemDisk . Этот командлет удаляет конкретный диск энергонезависимой памяти. Мы можем удалить все текущие диски с энергонезависимой памятью, выполнив следующие командлеты:

Удаление постоянного диска памяти приводит к утере данных на этом диске.

Может потребоваться другой командлет Initialize-PmemPhysicalDevice . Этот командлет инициализирует области хранения меток на физических устройствах энергонезависимой памяти и может очищать поврежденные сведения о хранилище меток на устройствах.

Initialize-PmemPhysicalDevice вызывает потери данных в энергонезависимой памяти. Используйте его только в качестве последнего средства для исправления постоянных проблем, связанных с памятью.

Постоянная память в действии на Microsoft Ignite 2018

Чтобы ознакомиться с некоторыми преимуществами энергонезависимой памяти, рассмотрим это видео от Microsoft Ignite 2018.

Любая система хранения, обеспечивающая отказоустойчивость, обязательно создает распределенные копии операций записи. Такие операции должны пройти по сети и повысить эффективность внутренний трафик записи. По этой причине абсолютные значения производительности операций ввода-вывода в секунду обычно достигаются за счет измерения только для чтения, особенно если в системе хранения используются стандартные оптимизации для чтения из локальной копии, когда это возможно. дисковые пространства Direct оптимизирован для этого.

При измерении с использованием только операций чтения кластер доставляет 13 798 674 операций ввода-вывода в секунду.

При внимательном просмотре видео вы заметите, что еще более жав — задержка. даже при более чем 13,7 м в секунду, файловая система в Windows сообщает о задержке, которая постоянно меньше 40 μс! (Это символ в микросекундах, одна миллионная доля секунды.) Эта скорость является последовательностью более быстрой, чем распространенные поставщики Flash, которые в настоящее время объявляются сегодня.

кроме того, дисковые пространства Direct в Windows Server 2019 и Intel® оптане™ постоянный объем памяти контроллера домена доставил рекордную производительность. Этот ХЦИный тест производительности свыше 13.7 M операций ввода-вывода, сопровождаемый прогнозируемой и крайне низкой задержкой, является более чем удвоенным предыдущим, ведущим в отрасли показателями производительности 6.7 M операций ввода-вывода в секунду. Более того, на этот раз нам потребовалось всего 12 узлов сервера — 25% меньше, чем раньше.

Микросхемы памяти (или просто память , или запоминающие устройства — ЗУ, английское " Memory ") представляют собой следующий шаг на пути усложнения цифровых микросхем по сравнению с микросхемами, рассмотренными ранее. Память — это всегда очень сложная структура, включающая в себя множество элементов. Правда, внутренняя структура памяти — регулярная, большинство элементов одинаковые, связи между элементами сравнительно простые, поэтому функции, выполняемые микросхемами памяти, не слишком сложные.

Память , как и следует из ее названия, предназначена для запоминания, хранения каких-то массивов информации, проще говоря, наборов, таблиц, групп цифровых кодов. Каждый код хранится в отдельном элементе памяти, называемом ячейкой памяти. Основная функция любой памяти как раз и состоит в выдаче этих кодов на выходы микросхемы по внешнему запросу. А основной параметр памяти — это ее объем, то есть количество кодов, которые могут в ней храниться, и разрядность этих кодов.

Для обозначения количества ячеек памяти используются следующие специальные единицы измерения:

1К — это 1024, то есть 2 10 (читается "кило-"" или "ка-"), примерно равно одной тысяче;
1М — это 1048576, то есть 2 20 (читается "мега-"), примерно равно одному миллиону;
1Г — это 1073741824, то есть 2 30 (читается "гига-"), примерно равно одному миллиарду.

Принцип организации памяти записывается следующим образом: сначала пишется количество ячеек, а затем через знак умножения (косой крест) — разрядность кода, хранящегося в одной ячейке. Например, организация памяти 64Кх8 означает, что память имеет 64К (то есть 65536) ячеек и каждая ячейка — восьмиразрядная. А организация памяти 4М х 1 означает, что память имеет 4М (то есть 4194304) ячеек, причем каждая ячейка имеет всего один разряд. Общий объем памяти измеряется в байтах (килобайтах — Кбайт, мегабайтах — Мбайт, гигабайтах — Гбайт) или в битах (килобитах — Кбит, мегабитах — Мбит, гигабитах — Гбит).

В зависимости от способа занесения (записи) информации и от способа ее хранения, микросхемы памяти разделяются на следующие основные типы:

Постоянная память ( ПЗУ — постоянное запоминающее устройство , ROM — Read Only Memory — память только для чтения), в которую информация заносится один раз на этапе изготовления микросхемы. Такая память называется еще масочным ПЗУ . Информация в памяти не пропадает при выключении ее питания, поэтому ее еще называют энергонезависимой памятью.
Программируемая постоянная память (ППЗУ — программируемое ПЗУ , PROM — Programmable ROM), в которую информация может заноситься пользователем с помощью специальных методов (ограниченное число раз). Информация в ППЗУ тоже не пропадает при выключении ее питания, то есть она также энергонезависимая.
Оперативная память (ОЗУ — оперативное запоминающее устройство , RAM — Random Access Memory — память с произвольным доступом), запись информации в которую наиболее проста и может производиться пользователем сколько угодно раз на протяжении всего срока службы микросхемы. Информация в памяти пропадает при выключении ее питания.

Существует множество промежуточных типов памяти, а также множество подтипов , но указанные — самые главные, принципиально отличающиеся друг от друга. Хотя, разница между ПЗУ и ППЗУ с точки зрения разработчика цифровых устройств, как правило, не так уж велика. Только в отдельных случаях, например, при использовании так называемой флэш-памяти (flash- memory ), представляющей собой ППЗУ с многократным электрическим стиранием и перезаписью информации, эта разница действительно чрезвычайно важна. Можно считать, что флэш-память занимает промежуточное положение между ОЗУ и ПЗУ .

В общем случае любая микросхема памяти имеет следующие информационные выводы (рис. 11.1):

Рис. 11.1. Микросхемы памяти: ПЗУ (а), ОЗУ с двунаправленной шиной данных (б), ОЗУ с раздельными шинами входных и выходных данных (в)

Адресные выводы (входные), образующие шину адреса памяти. Код на адресных линиях представляет собой двоичный номер ячейки памяти, к которой происходит обращение в данный момент. Количество адресных разрядов определяет количество ячеек памяти: при количестве адресных разрядов n количество ячеек памяти равно 2 n .
Выводы данных (выходные), образующие шину данных памяти. Код на линиях данных представляет собой содержимое той ячейки памяти, к которой производится обращение в данный момент. Количество разрядов данных определяет количество разрядов всех ячеек памяти (обычно оно бывает равным 1, 4, 8, 16). Как правило, выходы данных имеют тип выходного каскада ОК или 3С.
В случае оперативной памяти, помимо выходной шины данных , может быть еще и отдельная входная шина данных , на которую подается код, записываемый в выбранную ячейку памяти. Другой возможный вариант — совмещение входной и выходной шин данных, то есть двунаправленная шина, направление передачи информации по которой определяется управляющими сигналами. Двунаправленная шина применяется обычно при количестве разрядов шины данных 4 или более.
Управляющие выводы (входные), которые определяют режим работы микросхемы. В большинстве случаев у памяти имеется вход выбора микросхемы CS (их может быть несколько, объединенных по функции И). У оперативной памяти также обязательно есть вход записи WR, активный уровень сигнала на котором переводит микросхему в режим записи.

Мы в данной лекции не будем, конечно, изучать все возможные разновидности микросхем памяти, для этого не хватит целой книги. К тому же эта информация содержится в многочисленных справочниках. Микросхемы памяти выпускаются десятками фирм во всем мире, поэтому даже перечислить все их не слишком просто, не говоря уже о том, чтобы подробно рассматривать их особенности и параметры. Мы всего лишь рассмотрим различные схемы включения типичных микросхем памяти для решения наиболее распространенных задач, а также методы проектирования некоторых узлов и устройств на основе микросхем памяти. Именно это имеет непосредственное отношение к цифровой схемотехнике. И именно способы включения микросхем мало зависят от характерных особенностей той или иной микросхемы той или иной фирмы.

В данном разделе мы не будем говорить о флэш-памяти, так как это отдельная большая тема. Мы ограничимся только простейшими микросхемами ПЗУ и ППЗУ, информация в которые заносится раз и навсегда (на этапе изготовления или же самим пользователем). Мы также не будем рассматривать здесь особенности оборудования для программирования ППЗУ (так называемых программаторов ), принципы их построения и использования, — это отдельная большая тема. Мы будем считать, что нужная нам информация может быть записана в ПЗУ или ППЗУ, а когда, как, каким способом она будет записана, нам не слишком важно. Все эти допущения позволят нам сосредоточиться именно на схемотехнике узлов и устройств на основе ПЗУ и ППЗУ (для простоты будем называть их в дальнейшем просто ПЗУ ).

Упомянем здесь только, что ППЗУ делятся на репрограммируемые или перепрограммируемые ПЗУ (РПЗУ, EPROM — Erasable Programmable ROM ), то есть допускающие стирание и перезапись информации, и однократно программируемые ПЗУ . В свою очередь , РПЗУ делятся на ПЗУ , информация в которых стирается электрическими сигналами ( EEPROM — Electrically Erasable Programmable ROM ), и на ПЗУ , информация в которых стирается ультрафиолетовым излучением через специальное прозрачное окошко в корпусе микросхемы (собственно EPROM — Erasable Programmable ROM ). Запись информации в любые ППЗУ производится с помощью подачи определенных последовательностей электрических сигналов (как правило, повышенного напряжения) на выводы микросхемы.

Фирмами-производителями цифровых микросхем выпускается немало самых разнообразных ПЗУ и ППЗУ. Различаются микросхемы постоянной памяти своим объемом (от 32 байт до 8 Мбайт и более), организацией (обычно количество разрядов данных бывает 4, 8 или 16), способами управления (назначением управляющих сигналов), типами выходных каскадов (обычно ОК или 3С), быстродействием (обычно задержка составляет от единиц до сотен наносекунд). Но суть всех микросхем ПЗУ остается одной и той же: имеется шина адреса , на которую надо подавать код адреса нужной ячейки памяти, имеется шина данных , на которую выдается код, записанный в адресуемой ячейке, и имеются входы управления, которые разрешают или запрещают выдачу информации из адресуемой ячейки на шину данных.

Рис. 11.2. Примеры микросхем ППЗУ отечественного производства

На рис. 11.2 представлены для примера несколько простейших и типичных микросхем постоянной памяти.

Читайте также: