Minnesarkitekturer

Minnesarkitekturer är de metoder och strukturer som styr hur data lagras, adresseras och hämtas i datorer och digitala system. De innefattar organisation av olika minneslager, gränssnitt mellan komponenter och hur åtkomstmönster påverkar prestanda och energiförbrukning.

En vanlig beskrivning är minneshierarkin: register, L1/L2/L3-cache, huvudminne (oftast DRAM) samt sekundära eller icke-flyktiga minnen (som SSD/HDD). Huvudminnet erbjuder stor kapacitet men relativt låga hastigheter jämfört med processorns egna register och cache.

Två grundläggande arkitekturer är von Neumann och Harvard. Von Neumann delar en gemensam minnesbuss för data och instruktioner, vilket kan skapa konkurrens om bandbredden. Harvard separerar minnesområden för data och instruktioner, vilket kan öka dataflödet och effektiviteten i vissa tillämpningar.

Vanliga minnessenheter inkluderar SRAM i cacheminnen, DRAM i huvudminnet (där varje cell kräver konstant uppfräschning), och icke-flyktiga minnen som flash i SSD:er. Nyare tekniker som MRAM och PCM utforskar olika kombinationer av hastighet, täthet och beständighet.

Cache och minneskoherens är centrala för många-processorsystem. Cacheminnen laddar data i cache-lines och koherensprotokoll som MESI håller data konsistent över olika kärnor. Virtuellt minne gör processseparering möjlig och skyddar minne via MMU och TLB.

Parallella system påverkas av adressplacerade minnesstrukturer som NUMA respektive UMA, där minnesnoder och bandbredd påverkar prestanda. Utvecklingen drivs av behov av högre bandbredd, lägre latens och ny typ av icke-flyktiga minnen som kan fungera som persistent memory.