Иерархия памяти современных компьютеров. Классификация ЗУ. Кэш-память. Программируемые логические интегральные схемы. Программируемые логические матрицы

Министерство связи РФ

Сибирский Государственный Университет

Телекоммуникаций и Информатики

Хабаровский филиал

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА

Учебное пособие для студентов заочного отделения

технических специальностей

Часть II

Хабаровск

2002

Содержание

Предисловие

Увеличение быстродействия вычислительных устройств определяется не только производительностью микропроцессоров, но и быстродействием подсистемы памяти. Широко используется многоуровневая иерархическая система памяти, где на верхнем уровне в современных компьютерах располагается наиболее быстродействующая кэш-память.

Использование БИС с программируемой структурой и в частности программируемых логических матриц позволяет создать нестандартные узлы вычислительных устройств, быстро решающих поставленную задачу.

1 Иерархия памяти современных компьютеров

Структура современных вычислительных устройств существенным образом влияет на организацию памяти, а производительность вычислительной техники (в частности компьютеров) в значительной степени определяется емкостью и быстродействием памяти.

Разработчики вычислительных устройств используют более быстродействующую память в наиболее "ответственных" узлах системы. Как правило, на различных этапах работы компьютеров характер обработки данных меняется и зависит от решаемых задач, а так же от структуры и представления данных. Широко применяется многоуровневая иерархия архитектуры памяти, которая характеризуется наличием ряда взаимосвязанных запоминающих устройств различной емкости и быстродействия, расположенных на разных уровнях по отношению к микропроцессору (рисунок 1.1).

На верхнем уровне размещается самая быстродействующая память, имеющая ограниченную емкость, а на нижнем – память низкого быстродейс-

твия и максимальной емкости. При правильной организации структуры иерархической памяти ее эффективность будет приближена к эффективности одноуровневой памяти большой емкости с максимальным быстродействием.

В иерархической структуре памяти можно выделить четыре основных уровня:

1)  местная память (выполненная на кристалле микропроцессора);

2)  кэш-память;

3)  основная память;

4)  внешняя память.

Уровни иерархии взаимосвязаны: все данные на одном уровне могут быть так же найдены на более низком уровне, и все данные на этом более низком уровне могут быть найдены на следующем нижележащем уровне, и так далее, пока не будет достигнуто основание иерархии.

На верхнем уровне иерархии расположена внутрикристальная быстродействующая кэш-память микропроцессора, в которую в процессе вычислений помещаются наиболее часто используемые фрагменты программного кода и обрабатываемых данных. Сверхоперативная память первого уровня работает с тактовой частотой микропроцессора.

Внекристальная кэш-память (в реальных системах используется от одного до трех уровней) строится на базе быстродействующих микросхем статической памяти.

Основная память представляет собой следующий уровень иерархии памяти. Основная память удовлетворяет запросы кэш-памяти. Основная память современных компьютеров реализуется на микросхемах относительно медленной динамической памяти.

Важное место в иерархии запоминающих устройств (ЗУ) занимает внешняя память и в частности файловая Флэш-память (полупроводниковая память с возможностью одновременного стирания всей информации). В течение многих лет хранение больших объемов данных возлагалось в компьютерах на хорошо отработанные и сравнительно недорогие внешние запоминающие устройства на магнитных, а позднее и оптических дисках.