Вопросы для самопроверки

1. Дайте классификацию запоминающих устройств ПК.

2. Приведите определение статической и динамической оперативной памяти и укажите, где используются эти виды памяти.

3. Приведите логическую структуру ОП.

4. Каково назначение ПЗУ?

5. Дайте краткую характеристику накопителей на дисках разного типа.

4.4.4. Методы повышения пропускной способности оперативной памяти

Основными методами увеличения полосы пропускания памяти являют­ся: увеличение разрядности или «ширины» памяти, использование расслое­ния памяти, использование независимых банков памяти, обеспечение режима бесконфликтного обращения к банкам памяти, использование специальных режимов работы динамических микросхем памяти.

Выборка широким словом

Прямой способ сокращения числа обращений к ОП состоит в организа­ции выборки широким словом. Этот способ основывается на свойстве ло­кальности данных и программ. При выборке широким словом за одно обра­щение к ОП производится одновременная запись или считывание нескольких команд или слов данных из «широкой» ячейки. Широкое слово заносится в буферную память (кэш-память) или регистр, где оно расформировывается на отдельные команды или слова данных, которые могут последовательно ис­пользоваться процессором без дополнительных обращений к ОП.

В системах с кэш-памятью первого уровня ширина шин данных ОП час­то соответствует ширине шин данных кэш-памяти, которая во многих случа­ях имеет физическую ширину шин данных, соответствующую количеству разрядов в слове. Удвоение и учетверение ширины шин кэш-памяти и ОП удваивает или учетверяет соответственно полосу пропускания системы памя­ти.

Реализация выборки широким словом вызывает необходимость мульти­плексирования данных между кэш-памятью и процессором, поскольку ос­новной единицей обработки данных в процессоре все еще остается слово. Эти мультиплексоры оказываются на критическом пути поступления инфор­мации в процессор. Кэш-память второго уровня несколько смягчает эту про­блему, т.к. в этом случае мультиплексоры могут располагаться между двумя уровнями кэш-памяти, т.е. вносимая ими задержка не столь критична. Другая проблема, связанная с увеличением разрядности памяти, заключается в необ­ходимости определения минимального объема (инкремента) памяти для по­этапного её расширения, которое часто выполняется самими пользователями во время эксплуатации системы. Удвоение или учетверение ширины памяти приводит к удвоению или учетверению этого минимального инкремента. Кроме того, имеются проблемы и с организацией коррекции ошибок в систе­мах с широкой памятью.

Примером организации широкой ОП является система Alpha AXP21064, в которой кэш второго уровня, шина памяти и сама ОП имеют разрядность 256 бит.

Расслоение обращений

Другой способ повышения пропускной способности ОП связан с по­строением памяти, состоящей на физическом уровне из нескольких модулей (банков) с автономными схемами адресации, записи и чтения. При этом на логическом уровне управления памятью организуются последовательные об­ращения к различным физическим модулям. Обращения к различным моду­лям могут перекрываться, и таким образом образуется своеобразный конвей­ер. Эта процедура носит название расслоения памяти. Целью данного мето­да является увеличение скорости доступа к памяти посредством совмещения фаз обращений ко многим модулям памяти. Известно несколько вариантов организации расслоения. Наиболее часто используется способ расслоения обращений за счет расслоения адресов. Этот способ основывается на свой­стве локальности программ и данных, предполагающем, что адрес следую­щей команды программы на единицу больше адреса предыдущей (линей­ность программ нарушается только командами перехода). Аналогичная по­следовательность адресов генерируется процессором при чтении и записи слов данных. Таким образом, типичным случаем распределения адресов об­ращений к памяти является последовательность вида а, а+ 1, а + 2,... Из этого следует, что расслоение обращений возможно, если ячейки с адресами а, а+ 1, а + 2,... будут размещаться в блоках 0, 1,2,... Такое распределение яче­ек по модулям (банкам) обеспечивается за счет использования адресов вида

где В - к-разрядный адрес модуля (младшая часть адреса) и С - п-разрядный адрес ячейки в модуле В (старшая часть адреса).

Принцип расслоения обращений иллюстрируется на рис. 4.20,а. Все про­граммы и данные «размещаются» в адресном пространстве последовательно. Однако ячейки памяти, имеющие смежные адреса, находятся в различных физических модулях памяти. Если ОП состоит из 4-х модулей, то номер мо­дуля кодируется двумя младшими разрядами адреса. При этом полные т-разрядные адреса 0, 4, 8,... будут относиться к блоку 0, адреса 1, 5, 9, ... - к блоку 1, адреса 2, 6, 10,... — к блоку 2 и адреса 3, 7, 11,... - к блоку 3. В ре­зультате этого последовательность обращений к адресам 0, 1, 2, 3, 4, 5, ... будет расслоена между модулями 0,1,2,3,0,1,....

Поскольку каждый физический модуль памяти имеет собственные схе­мы управления выборкой, можно обращение к следующему модулю произ­водить, не дожидаясь ответа от предыдущего. Так на временной диаграмме (рис. 4.20,6) показано, что время доступа к каждому модулю составляет т = 4Т, где Т = t_i+1-t_i - длительность такта. В каждом такте следуют непре­рывно обращения к модулям памяти в моменты времени t₁, t_2, t₃ ... .