5大装置

コンピュータは、主に5つの装置から
構成されている。

制御装置(CPU):

メモリからプログラムの命令を取り出して解読し、
それぞれの装置に指示を与える装置。

演算装置(CPU):

算術演算や、論理演算など、
データの処理や加工を行う装置。

記憶装置(メモリ):

データやプログラムを記憶する装置。

入力装置(キーボード、マウス):

コンピュータ外部からのデータや
プログラムを読み込む装置。

出力装置(ディスプレイ、プリンタ、モデム):

コンピュータ内部で処理された
データを外部へ書き出す装置。



キャッシュメモリ

キャッシュメモリとは、

CPUとメモリの間に設置されている
高速な記憶装置のことである。

CPUからの参照頻度の高い命令語をキャッシュメモリに
コピーしておいて、キャッシュメモリから読み出すことで、
CPUがメモリから、データやプログラムを読み込んだりする
(メモリアクセス)速さを高速化する。

キャッシュメモリは、
主記憶のアクセス速度と、CPUの処理速度との
差を埋める役割をしている。

CPUがアクセスする順番に、
1次キャッシュ、2次キャッシュ、3次キャッシュ
という。

DRAM

DRAMとは、
RAMの種類の一つである。

読み書きが自由だが、
電源を落とすと記憶内容は消えてしまう。

DRAMは、
メインメモリやVRAM(ビデオメモリ)に用いられる。

電荷によって情報を記録していて、
時間と共に電荷が放電されるので、
リフレッシュ動作(記憶保持のための再書き込み)
が必要である。

回路が単純で、ビットあたりの面積も小さく
できているので、高集積化が可能である。
また、値段も安価である。

SRAM

SRAMとは、
RAMの種類の一つである。

SRAMは、
キャッシュメモリに用いられる。

DRAMとは違い、フリップフロップ回路の
状態遷移によって情報を記録するので、
リフレッシュ動作は必要ない。

DRAMより高速だが、内部構成が複雑で
集積度は上げにくい。

また、ビットあたりの単価も高い。

ディスクキャッシュ

ディスクキャッシュとは、
メモリと補助記憶装置の間のアクセスを
高速化し、速度ギャップを緩衝する記憶装置である。

キャッシュメモリがCPUとメモリ間の処理速度を
上げる役割をしているように、

ディスクキャッシュは、
メモリとハードディスク間の処理速度を
上げる役割をしている。

よく使うデータをメモリに置いておいて、
データを読み出す時にディスクキャッシュから
読み出すことで、その都度ハードディスクまで
いくことが必要ないので、処理が速くなる。

半導体ディスク

半導体ディスクとは、

記憶素子にDRAMからなる半導体メモリを搭載した
ディスクドライブのことで、半導体メモリを利用して、
ハードディスクと同じような機能をする
ことができる。

よく使うデータはハードディスクから
半導体ディスクにコピーしておけるので、
処理の高速化が図れる。

電荷の有無で情報を記憶し、高速にアクセスできるので、
ディスクキャッシュとしても利用される。

実行アクセス時間

キャッシュメモリは、メモリアクセスを
高速化することができるのだが、

その実行アクセス時間は、
次の式で求めることができる。

実行アクセス時間=

  キャッシュメモリのアクセス時間 × ヒット率
+ メモリのアクセス時間 × (1- ヒット率)

ヒット率とは、
データがキャッシュメモリに存在する確立であり、
(1- ヒット率)はデータがキャッシュメモリにはなく、
メモリに存在する確立である。

ライトスルーとライトバック

ライトスルーとライトバックとは、
キャッシュメモリへの書き込み方式の
ことである。

ライトスルー方式:

 データを書き込む時と同時に主記憶にも書き込む方式。

 キャッシュと主記憶の内容が常に一致するので、
 制御が容易だが、待ち時間が大きくなる。

ライトバック方式:

 データを書き込む時はいったんキャッシュにのみ書き込み、
 データを追い出して空き時間ができてから、順次、主記憶に
 書き込んでいく方式。。

 高速だが、キャッシュと主記憶の内容が不整合に
 なる場合がある。

メモリインタリーブ

メモリインタリーブとは、
メモリをいくつかの並列する区画に分割し、
隣接するブロックのアドレスが連続するように
して、複数の連続したブロックに同時アクセス
することで、メモリアクセスを高速化する技術
のことである。

アドレスが連続するため、
命令実行段階に次の命令語の命令取り出し
段階を重ねて同時にアクセスできるため、、
並行して読み書きができ、高速化するのである。

ちなみに、メモリを管理する単位となる、
メモリの集合のことをメモリバンクという。

パリティチェック方式

パリティチェック方式とは、
メモリの誤りチェック方式の一つの
ことである。

データのビット列に1ビットのパリティビットという
誤り検出用のビットを付加し、データ中の1または0の
数を数え、偶数または奇数の個数が合わなければ、
誤りと判断する。

パリティチェックには、

奇数パリティ(ビット列中の1の数が奇数となるように
パリティビットを付加)と、

偶数パリティ(ビット列中の1の数が偶数となるように
パリティビットを付加)

がある。
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