Тема 10_2010_Системы памяти современных ЭВМ (Лекции (PDF)), страница 4

В этом случае за счет одновременной работы блоков можноповысить общую производительность модуля (ступени) ЗУ, иначе называемую егопропускной способностью и измеряемую количеством информации, которое модульможет записать или считать в единицу времени.Но возможность одновременной работы блоков еще не означает, что они именнотак и будут работать. Чтобы это произошло, необходимо обращения системы к памятиболее или менее равномерно распределять по различным блокам. Достичь этогоможно различными способами, например запустить параллельные задачи илипроцессы (threads), работающие с разными блоками, либо разместить информацию,относящуюся к одному процессу, в разных блоках.Однако, поскольку параллельные процессы в действительности выполняютсяпараллельно только в многопроцессорных системах (в крайнем случае, вгиперпоточных, многоядерных архитектурах), то часто используют второй путь,прибегая к так называемому чередованию (interleave) адресов между блоками.

Т.е.последовательные адреса или группы адресов адресного пространства назначают вразличные блоки памяти так, как это показано на рис. 6,б. На этом рисунке показана15память, состоящая из двух блоков, но на практике известны системы, допускающиерасслоение по шестнадцати блокам.Ясно, что в случае такого назначения адресов при выполнении какой-либопрограммы обращения к памяти будут распределяться по блокам достаточноравномерно. А при обмене блоком данных с другой ступенью памяти обращения попоследовательным адресам тем более будут попадать в различные блоки памяти.Рассматривая расслоение адресов, можно отметить его аналогию с некоторымирежимами работы RAID-контроллеров.Рис.

6. Распределение адресов адресного пространства памяти по блокам(а – последовательное, б – с расслоением по блокам)Конечно, за пределами приведенной классификации остались такие довольнопредставительные признаки, какфизические принципы реализации,уровень потребляемой мощности,радиационная устойчивость и некоторые другие, которые в определенныхслучаях могут иметь немаловажное значение.1.3. Системы памяти: классификация, критерии оценкиДля систем памяти (СП) характерна иерархическая организация, позволяющаядостичьприемлемогокомпромиссамеждуосновнымихарактеристикамизапоминающих устройств.

При этом различие требований к информационным потокампри решении разных классов задач обусловливает и различия в организации памятиЭВМ, ориентированных на те или иные классы задач.Особенности построения систем памяти могут затрагивать их структуру,принципы функционирования, логического взаимодействия и другие аспекты. Косновным классификационным признакам систем памяти можно отнести следующие.1.

Количество уровней, т.е. отличных по своему назначению иликонструктивным характеристикам запоминающих устройств. По этому признаку можноразделять СП на одноуровневые и многоуровневые. На практике одноуровневыесистемы памяти, представляющие собой одно или группу одинаковых ЗУ, встречаютсялишь в специализированных системах.16Среди многоуровневых СП иногда выделяют системы с одним или несколькимиисполнительными уровнями, т.е. уровнями, непосредственно доступными процессору.Широко известным примером такой системы является память ПЭВМ, в которойпроцессор имеет непосредственный доступ как к кэш памяти, так и к оперативнойпамяти.2. Характер связей между уровнями. Связи между уровнями системы памяти,допускающие обмен информацией между ними, определяют допустимые потокиданных в системе и ее структуру.По характеру связей можно выделить: централизованные СП, в которых обмен информацией между ЗУразличных уровней осуществляется через какое-либо одно ЗУ, обычночерез оперативную память; линейные СП, в которых обмен информацией возможен только междусмежными уровнями системы (например, кэш – оперативная память –жесткие диски); смешанные СП, обладающие связями, характерными как дляцентрализованных, так и для линейных СП (например, кэш – оперативнаяпамять – жесткий диск и CD ROM, имеющие одинаковые связи соперативной памятью); СП со структурой полного графа, включающие в себя устройства,позволяющие устанавливать связи для обмена информацией между двумялюбыми уровнями.

Эти системы могут различаться по способу реализациитаких связей на магистральные, в которых одна или большее количество шинразделяются во времени между всеми подключенными к нимустройствами, матричные, имеющие коммутационную матрицу.3. Тип разбиения адресного пространства памяти. Обычно памятьразделяется на логические блоки для упрощения управления, причем поддержкатакого разбиения обеспечивается не только со стороны операционной системы, но иаппаратной частью. По этому признаку различают системы памяти : без разделения поля памяти на блоки; со страничной памятью, адресное пространство которых разделено научастки одинакового размера, называемые страницами; с сегментированием памяти, в которых память разделяется на сегменты,размер которых жестко не задается; с двухуровневым (странично-сегментным) разделением поля памяти.4.

Количество обслуживаемых системой памяти процессоров – признак,по которому различают СП: однопроцессорных и многопроцессорных ЭВМ и систем.В случаях, когда мультипроцессирование не является просто средствомповышения надежности за счет дублирования вычислений, СП, по сути, являетсяцентром связи системы в единое целое. В таких условиях СП должна обеспечивать17многоканальныйдоступкинформациисподдержкойцелостностинепротиворечивости (когерентности) данных на всех уровнях системы.и5. Порядок обслуживания обращений к ЗУ нижних уровней также можетиспользоваться для подразделения СП. По этому признаку можно различать системы собслуживанием обращений в порядке поступления и с диспетчеризацией обращений, т.е.

обслуживанием их в том порядке,который позволит уменьшить среднее время ожидания обслуживанияобращения.К этой категории можно отнести и назначение адресов в дисковом массиве,которое может быть последовательным или с расслоением адресов по дисководам.При выборе структуры, состава и характеристик систем памятиследует учитывать, что противоречивость предъявляемых к нимтребований и большое количество факторов, влияющих на иххарактеристики,обусловливаютсложностьполучениядостаточнообъективных и точных комплексных оценок СП.Например, рис. 7 дает представление о факторах, влияющих наработоспособность ЗУ, разделенных в соответствии на группы, которые определяютинформационную и конструктивную надежность и эффективность.

При объединенииотдельных ЗУ в систему к этим факторам добавляется еще целый ряд, связанный совзаимодействием ЗУ между собой в составе системы памяти.18Поэтому с целью более полного учета характера функционирования и окруженияСП при выборе критерия ее оценки следует рассматривать эту систему как компонентувычислительной машины (системы), ориентируясь на назначение последней.Любой критерий оценки должен включать основные характеристики оцениваемойсистемы, к которым относятся:емкость системы памяти,среднее время обращения к ней,пропускная способность,стоимость инадежность.Ряд характеристик, например радиационная устойчивость, габариты, масса,энергопотребление, в типовых применениях могут не учитываться.

Хотя, если речьидет, например о мобильных системах, последние три из названных характеристикимеют важное значение.Емкость E СП системы памяти можно рассматривать в двух аспектах: либо каксумму объемов всех ЗУ, входящих в состав СП, либо как количество информации(программ и данных), которое можно разместить в системе. В первом случае можноговорить о технической емкости СП, во втором – об эффективной емкости.

Понятно,что эффективная емкость всегда меньше технической, так как она определяется нетолько собственно составом СП, но и методами организации хранения данных,методами управления памятью и др. Например, можно вспомнить о файловых19системах, которые накладывают ограничения снизу на место на диске, занимаемоедаже самым небольшим файлом.Среднее время обращения T обр к СП можно определить через частотыобращений к отдельным устройствам системы и времена обращений t обрi к этимустройствам какT обр = Σ i f i t обрi / Σ i f i ,где fi есть среднее количество обращений к i-му ЗУ в единицу времени.

Очевидно, чтов этом случае Tобр в значительной степени зависит от относительных частотобращения к различным ЗУ, а не только от времени обращения к ним.Средней пропускной способностью B системы памяти называют количествоинформации, которое можно передать в СП или извлечь из нее в единицу времени.