Координация работ исполнительных элементов (арифметико-логических устройств, регистров и т.п.), страница 8


Блок 2

АРХИТЕКТУРА ПАМЯТИ

ТИПЫ ПАМЯТИ

RAM (random access memory) – память с произвольным доступом (ОЗУ). Позволяет записывать и считывать информацию. После перезагрузки данные пропадают.

1) Статическая (SRAM) – в качестве элементов памяти используются триггеры. Быстрая и дорогая.

Обычно время доступа составляет несколько наносекунд. По этой причине статическое ОЗУ часто используется в качестве кэш-памяти.

2) Динамическая (DRAM) – в качестве элементов памяти используются конденсаторы. Медленная, требует подзарядки, дешевая.

Динамическое ОЗУ представляет собой массив ячеек, каждая из которых содержит транзистор и крошечный конденсатор. Конденсаторы могут быть заряжены и разряжены, что позволяет хранить единицы и нули. Динамическое ОЗУ нужен только 1 транзистор, 1 конденсатор на бит.

ROM (read only memory) – память только для чтения (ПЗУ). Информация заносится в память при ее изготовлении и не может изменяться. Очень дешевая и позволяет хранить информацию после выключения питания. Применяется для загрузки вычислительных систем, хранения справочных таблиц.

NVRAM (non-volatile random access memory) – энергонезависимая память(ППЗУ). Позволяет записывать и считывать информацию и при этом хранит данные при выключении питания. 

Flash-память – современный тип электронно-перепрограммированного ПЗУ.

ОРГАНИЗАЦИЯ ПАМЯТИ

Наиболее популярным способом организации памяти является расположение ячеек в виде трехмерного массива. Одна размерность массива соответствует слову процессора. Две других – адрес строки и адрес столбца.

ЗЭ – запоминающий элемент;

DCx – дешифратор строк;

DCy – дешифратор столбцов;

n/2 – количество бит адреса»

CS – выбор микросхемы;

A – адресной вход;

1 – схема «ИЛИ».


АРХИТЕКТУРНЫЕ МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ

Все архитектурные методы повышения производительности используют известные статистические свойства, характерные для большинства программ.

Особенности использования памяти:

1. Пространственная локальность данных. Означает, что вероятность последовательного считывания нескольких последовательных адресов данных намного выше, чем вероятность произвольного доступа к данным.

2. Временная локальность данных. Означает, что вероятнее всего программа будет проводить несколько операций над одними и теми же данными.

Методы повышения производительности:

1. Пакетная обработка множества запросов к памяти

2. Конвейерная обработка множества запросов к памяти

3. Кэш-память


ПАКЕТНЫЙ ДОСТУП К ПАМЯТИ

(метод повышения производительности работы с памятью)

При пакетном доступе к памяти вся память разбивается на несколько банков. Банк представляет собой несколько ячеек динамической памяти и фиксатор – регистр быстрой статической памяти. При обращении к одной ячейке памяти считывание динамической памяти происходит сразу во всех банках. В случае, если следующий запрос будет к ячейке той же строки, но другому банку, то необходимости считывания с динамической памяти не будет, данные можно взять из фиксатора.


КОНВЕЙЕРНЫЙ ДОСТУП К ПАМЯТИ

При конвейерном доступе к памяти операция чтения данных развивается по стадиям: запрос данных, считывание из банка памяти, выдача данных. В данной схеме можно не дожидаясь выполнения текущей команды (например, 4 ячейки) начать выполнение чтение новой ячейки (9).


КЭШ-ПАМЯТЬ

Кэш-память – это небольшой объем быстрой статичной памяти, используемый для хранения наиболее часто запрашиваемых данных. Обращение памяти на кэш происходит с помощью кэш строк.

Кэш-строка – минимальный объем кэшированной информации. Размер кэш строки определяется компромиссом: кэш-строка должна быть больше, чтобы эффективнее использовать логику и меньше ,чтобы избежать потерь при кэшировании больших объемов данных. Адрес ячейки разбивается на тэг и адрес внутри кэш-строки.

Тэг – метка, которая позволяет определить какому участку памяти соответствует кэш-строка.