Σε μια τυπική ιεραρχία μνήμης (σχήμα 4.1.1), στο ανώτερο επίπεδο βρίσκονται οι καταχωρητές της ΚΜΕ, οι οποίοι χρησιμοποιούνται για την προσωρινή αποθήκευση εντολών και δεδομένων. Η ταχύτητα των καταχωρητών είναι πολύ υψηλή (ίση με τη ταχύτητα του επεξεργαστή), η χωρητικότητά τους είναι πολύ μικρή ενώ το κόστος κατασκευής των καταχωρητών είναι υψηλό.
Ακολουθεί η κρυφή μνήμη η οποία διαθέτει ταχύτητα μεγαλύτερη από εκείνη της κύριας μνήμης. Η κρυφή μνήμη αξιοποιεί την αρχή της τοπικότητας της αναφοράς και περιέχει αντίγραφα τμημάτων της κύριας μνήμης, με σκοπό τη γρήγορη τροφοδότηση του επεξεργαστή με τα δεδομένα που χρειάζεται. Συνήθως υλοποιείται με ψηφίδες στατικής μνήμης (SRAM).
Ακολουθεί η κύρια μνήμη, η οποία υλοποιείται με ψηφίδες δυναμικής μνήμης (DRAM), οι οποίες χαρακτηρίζονται από μεγαλύτερο χρόνο προσπέλασης και μικρότερο κόστος ανά μονάδα αποθηκευμένης πληροφορίας.

Οι μαγνητικοί και οι οπτικοί δίσκοι τοποθετούνται στα δύο επόμενα επίπεδα, ενώ στη βάση συναντούμε τις μονάδες μαγνητικών ταινιών, με κύρια χρήση τη μόνιμη και ασφαλή αποθήκευση μεγάλου όγκου δεδομένων, αλλά και τη διατήρηση αντιγράφων ασφαλείας. Λόγω των ηλεκτρομηχανικών διαδικασιών προσπέλασης στα δεδομένα, η ταχύτητα προσπέλασης είναι σχετικά χαμηλή. Οι μαγνητικοί δίσκοι προσφέρονται για την υλοποίηση του μηχανισμού της εικονικής μνήμης (στον οποίο θα αναφερθούμε στην 4η ενότητα του κεφαλαίου).

Σχήμα 4.1.1H Iεραρχία της μνήμης

Όσο κατεβαίνουμε τα επίπεδα της ιεραρχίας μνήμης αυξάνεται η χωρητικότητα της μνήμης και ο μέσος χρόνος προσπέλασης, ενώ μειώνεται το κόστος αποθήκευσης δεδομένων.

Ενώ τα χαρακτηριστικά της ταχύτητας και του κόστους των οπτικών δίσκων σε σχέση με τους μαγνητικούς δίσκους (σκληροί δίσκοι), είναι σύμφωνα με τη θέση τους στην ιεραρχία μνήμης, η χωρητικότητά τους έρχεται σε αντίθεση με αυτή.

Η ιεραρχία μνήμης είναι οργανωμένη έτσι ώστε να επιτρέπεται η επικοινωνία (αντιγραφή, μεταφορά δεδομένων) μόνον μεταξύ γειτονικών επιπέδων, δηλ. είτε με το προηγούμενο επίπεδο (αν έχει), είτε με το επόμενό του (αν έχει). Το ανώτερο επίπεδο είναι πιο κοντά στον επεξεργαστή, μικρότερο και πιο γρήγορο από το κατώτερο. Η ελάχιστη ποσότητα δεδομένων η οποία μπορεί να μεταφερθεί από το ένα επίπεδο στο άλλο ονομάζεται μπλοκ. Στην απλούστερη περίπτωση ένα μπλοκ μπορεί να είναι μία λέξη.

Ιστορικά οι ΚΜΕ ήταν γρηγορότερες από τις μνήμες. Καθώς οι μνήμες βελτιώνονται, βελτιώνονται και οι ΚΜΕ, κι έτσι η ανισσορροπία διατηρείται. Στην πράξη, όταν η ΚΜΕ δώσει μία αίτηση προς τη μνήμη, αναστέλει τη λειτουργία της μέχρι η μνήμη να αποκριθεί. Στους σύγχρονους υπολογιστές ανάμεσα στoυς καταχωρητές και την κύρια μνήμη τοποθετείται μια ενδιάμεση γρήγορη μνήμη που ονομάζεται κρυφή μνήμη. Η μνήμη αυτή βελτιώνει τη ταχύτητα επικοινωνίας του επεξεργαστή με την κύρια μνήμη.

ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ 3

Να κατατάξετε σε επίπεδα τα είδη της μνήμης, τοποθετώντας στο υψηλότερο επίπεδο το είδος με την μεγαλύτερη ταχύτητα. Να συγκρίνετε το σχήμα σας με το σχήμα 4.1.1.