К. Хамахер, З. Вранешич, С. Заки - Организация ЭВМ - 5-е издание (2003) (1114649), страница 76
Текст из файла (страница 76)
Со стороны системы запоминающее устройство можно рассматривать как черный ящик. Пересылка данных между памятью и процессором выполняется, как вы помните из раздела 1.3, с помощью двух регистров процессора, обычно называемых МАК (Мелкоту АИгезз Кея1згег — регистр адреса) и МПК (Мепюгу Вага Кей(зсег — регистр данных). Если регистр МАК содержит Й битов, а регистр МПК— и битов, память может содержать до 2" адресуемых единиц хранения.
За один цикл обращения к памяти между нею и процессором пересылается я бит данных. Данные передаются по шине процессора, имеющей я адресных линий и п линий данных. Кроме того, шина содержит линии для управления передачей данных К/Ж (Кеаб/Жг1ге) и МРС ( Мещогу Рипсг1оп Сощре11еб). Могут использоваться и другие линии, с помощью которых задается количество пересылаемых данных, Соединение между процессором и памятью схематически показано на рис. 5.1. Чтобы считать данные из памяти, процессор сначала загружает адрес в регистр МАК и устанзвливает линию К/Ж в 1.
В ответ память помещает данные на линии данных и подтверждает это действие активизацией сигнала МРС. После получения сигнала МРС процессор загружает данные с адресных линий в регистр МОК. Для того чтобы записать данные в память, процессор загружает адрес в регистр МАК, а данные в регистр МП К и устанавливает линию К/Ж в О, указывая таким образом, что выполняется операция записи. Если в операциях чтения производится обращение по последовательным адресам, может быть выполнена операция блочной пересылки, при которой памяти передается только один адрес — адрес первого байта блока данных.
О таких операциях подробнее рассказывается в разделе 5.5. БЛ. Базовые концепции 327 Доступ к памяти может синхронизироваться тактовым генератором или описанными в разделе 4.5.1 специальными сигналами, управляющими пересылкой по шине. Управление операциями чтения из памяти и записи в память осуществляется так же, как и управление операциями ввода и вывода по шине. Рис. 6.1. Органиэация связи системы памяти с процессором Быстродействие памяти характеризуется интервалом времени между инициированием операции и ее завершением, например временем между сигналами чтения и Мг'С.
Это время определяют как время доступа к памяти. Еще одной важной характеристикой быстродействия памяти является цикл памятпи — минимальный промежуток времени между моментами начала двух последовательных операций с памятью, например, между двумя последовательными операциями пения. Цикл памяти обычно немного больше времени доступа (это зависит от особенностей реализации запоминающего устройства). В запоминающем устройстве, называемом памяглью с произвольным досгпупом (Капдош Ассеээ Метпогу, ВАМ), на обращение по любому адресу уходит одно и то же время. Этим ВАМ-память отличается от запоминающих устройств с после.
довательным или частично-последовательным доступом, таких как магнитные диски или ленты. Время доступа последних зависит от адреса или местоположения данных. Для реализации основной памяти компьютера используются полупроводниковые интегральные схемы. В следующих разделах рассказывается о структуре и принципах работы такой памяти, а также о технологиях, позволяющих увеличить ее быстродействие и объем, Обычно процессор обрабатывает команды и данные быстрее, чем они выбираются из памяти. Поэтому цикл доступа к памяти является узким местом системы.
Одним из способов сокращения времени доступа к памяти может стать использование кэиг-памяти. Это быстрая память небольшого объема, расположенная между сравнительно медленной основной памятью компьютера и процессором. В ней хранятся текущие фрагменты программы и ее данных. Еще одной важной концепцией, связанной с организацией памяти, является концепция виртуальной памяти. До сих пор мы предполагали, что генерируемые 328 Глава 6. Система памяти процессором адреса полностью соответствуют физическим ячейкам памяти.
Однако на практике это не всегда так. По определенным причинам, о которых мы поговорим далее в этой главе, данные могут храниться не по тем адресам, которые заданы в программе. Схемы управления памятью преобразуют указанный в программе адрес в другой адрес, используемый для доступа к физической памяти. В таком случае сгенерированный процессором адрес называют виртуальным или логическим. Виртуальное адресное пространство определенным образом отображается на физическую память, в которой хранятся данные. Отображение выполняется с помощью специальных управляющих схем памяти, часто называемых Блоком управления памятьв.
В ходе выполнения программы функция отображения может меняться в соответствии с системными требованиями. Виртуальная память предназначена для увеличения видимого компьютером объема физической памяти. Виртуальное адресное пространство и объем расположенных в нем данных могут быть настолько большими, насколько позволяют возможности адресации используемого процессора. Причем в каждый конкретный момент только часть этого адресного пространства отображается на физическую память. Остальные виртуальные адреса соответствуют устройствам массовой памяти — как правило, магнитным дискам. Когда выполняющейся программе требуется доступ к данным, адреса которых не отображаются на реальную память, блок управления памятью изменяет функцию отображения и пересылает данные с диска в основную память.
Поэтому в каждом цикле обращения к памяти система обработки адресов определяет, находится ли адресуемая информация в основной памяти компьютера. Если да, происходит обращение к соответствующему слову памяти и выполнение программы продолжается. Если нет, с диска в память пересылается стираница, содержащая нужное слово (см.
раздел 5.7.4). Эта страница заменяет в памяти какую-нибудь другую страницу, которая пока не нужна программе. Поскольку на пересылку страниц между памятью и диском уходит некоторое время, при частом перемещении страниц скорость работы компьютера снижается. Но если выбор заменяемых страниц выполняется продуманно, вероятность того, что необходимые страницы окажутся в основной памяти, возрастет. В этом разделе будет коротко рассказано о нескольких важнейших функциях организации системы памяти. Их назначение заключается в обеспечении компьютерной системы настолько большой и быстрой памятью, насколько это возможно с учетом общей стоимости системы. Мы не ждем, что читатель сразу же усвоит все концепции организации памяти и их следствия, поэтому к этим вопросам мы еще вернемся в данной главе.
Пока же мы лишь хотим ввести основные понятия укаханной области в их взаимосвязи, поскольку это так же важно, как изучение каждой отдельной функции и концепции. 5.2. Полупроводниковая ВАМ-память Полупроводниковая память реализуется в виде микросхем с очень разным быстродействием. Длительность их цикла варьируется от 100 до менее чем 10 нс. Появившиеся в конце 1960-х полупроводниковые схемы памяти были гораздо дороже памяти на магнитных сердечниках. Однако стремительное развитие технологии 5.2.
Полупроводниковая ВАМ-память 329 СВИС (сверхбольших интегральных схем) позволило быстро снизить их стоимость,и теперь практически вся память реализуется в виде полупроводниковых микросхем. В этом разделе рассказывается о важнейших характеристиках полупроводниковой памяти. Для начала мы поговорим о том, как объединяется в одной микросхеме множество ячеек памяти. 5.2.1.
Организация микросхем памяти В каждой ячейке памяти, которые обычно объединяются в массивы, может храниться один бит информации. На рис. 5.2 показано, как может быть организован такой массив. Каждая строка ячеек составляет слово памяти, а все ячейки строки соединяются общей линией, называемой линией слова, которая управляется входящим в состав того же чипа дешифратором адреса. Ячейки каждого столбца соединяются со схемой 5епсе/%'г11е двумя линиями битов. Схемы Белее/Миге соединяются линиями записи и считывания данных. Во время операции чтения схемы считывают информацию из ячеек, выбранных с помощью линии слова, и пересылают ее на выходные линии данных. А в процессе операции записи они получают входную информацию и сохраняют ее в ячейках выбранного слова. На рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
