К. Хамахер, З. Вранешич, С. Заки - Организация ЭВМ - 5-е издание (2003) (1114649), страница 81
Текст из файла (страница 81)
Для нее достаточно напряжения питания одного уровня, и к тому же она более экономична. Благодаря своей экономичности флэш-память удобна для использования в портативных системах, работающих на батареях. В частности она применяется в портативных компьютерах, сотовых телефонах, цифровых видеокамерах и МРЗ-плеерах. В случае применения в портативных компьютерах и сотовых телефонах флэш-память содержит программное обеспечение, заменяя собой дисковые устройства. В цифровых камерах она используется для хранения изображений,аз МРЗ-плеерах — для хранения звука.
Электронные компоненты схем сотовых телефонов, цифровых камер и МРЗ-плееров могут служить примерами встроенных систем, о которых рассказывается в главе 9. Возможно, вы знаете, что для описанных выше систем недостаточно емкости одной микросхемы флэш-памяти.
В них используются большие модули, состоящие из множества микросхем. Существует две популярные разновидности таких модулей: флэш-карты и флэш-диски. Флэш-карты Для создания большого модуля флэш-микросхемы можно вмонтировать в небольшую карту. Такие карты имеют стандартный интерфейс, благодаря чему кх можно использовать в самых разных устройствах. Их емкость может быть разной, 5.4. Быстродействие, объем и стоимость 347 как правило, она составляет 8, 32 или 64 Мбайт. Для хранения одной минуты музыкальной записи в формате МРЗ необходимо около 1 Мбайт памяти, так что на карте объемом 64 Мбайт можно записать музыку, которая будет воспроизводиться примерно в течение 1 ч. Вмонтировать флэш-карту в устройство очень легко: она просто вставляется в удобный слог.
Флэш-диски Существуют и более крупные модули флэш-памяти, предназначенные для замены жестких дисков. Каждый такой модуль полностью эмулирует жесткий диск и может вставляться в предназначенный для него отсек. Однако емкость флэш-диска значительно меньше. В настоящее время предельная вместимость флэш-диска составляет менее 1 Гбайт, тогда как обычный жесткий диск может хранить десятки гигабайтов данных. Важным преимуществом флэш-диска является то, что он представляет собой стационарное электронное устройство, не содержащее подвижных элементов. Время поиска и доступа у него гораздо меньше по сравнению с обычным жестким диском (см. раздел 5.9), а значит, меньше и время ответа. Кроме того, флэш-диск потребляет меньше энергии, что делает его очень удобным компонентом для устройств, работающих от батарей. И, наконец, он устойчив к вибрациям.
Недостатками флэш-диска являются его меньшая емкость и более высокая стоимость в пересчете на бит. Кроме того, после определенного количества операций записи флэш-память разрушается. Впрочем, зто количество достаточно велико — каждую ячейку можно перезаписать по меньшей мере миллион раз. 5.4. Быстродействие, объем и стоимость Мы уже говорили о том, что в идеале память должна быть быстрой, большой и дешевой. Из сказанного в разделе 5.2 ясно, что для реализации очень быстрой памяти лучше всего использовать микросхемы ЯКАМ. Однако они довольно дороги, поскольку каждая ячейка такой памяти содержит шесть транзисторов, из-за чего на одной микросхеме невозможно разместить много ячеек.
Таким образом, большую память на основе микросхем ЯКАМ нецелесообразно создавать из чисто экономических соображений. Для нее применяются гораздо более дешевые микросхемы динамической КАМ с очень простыми ячейками. Правда, работает такая память медленнее. Хотя в компьютер за вполне разумную цену можно установить сотни мегабайтов динамической памяти, этого все равно недостаточно для современных программ, обрабатывающих огромные объемы данных. Поэтому для увеличения адресного пространства памяти используются внешние запоминающие устройства, прежде всего магнитные диски.
Современные диски имеют очень большую емкость и, как правило, приемлемую цену, поэтому они достаточно интенсивно применяются в компьютерных системах. Однако функционируют магнитные диски значительно медленнее полупроводниковой памяти. Из всего сказанного следует такой вывод: очень большой объем памяти за приемлемую цену можно получить только в виде жесткого диска.
Для реализации основной памяти большого объема 348 Глава 5. Система памяти Увеличение Увеличение стоимости хранения быстродействия одного бита Увеличение объема Рис. 5.13. Иерархия памяти На следующем уровне иерархии располагается сравнительно небольшой объем памяти, который можно реализовать прямо в микросхеме процессора. Эта память, называемая хашем процессора, содержит копии команд и данных, хранящихся во внешней по отношению к процессору и намного большей основной памяти.
Идея кэш-памяти, проиллюстрированная на рис. 1.6, подробно рассматривается в разделе 5.5. Обычно в компьютере имеется два уровня кэш-паияти. Первичный кзш располагается на микросхеме процессора и называется кашен первого уровня (Е1). Вторичный кэш имеет больший объем, располагается между подходит технология ВАМ. А микросхемы БКАМ можно использовать для создания очень быстрых запоминающих устройств небольшого объема, таких как кэшпамять. Как правило, в компьютере используются все три типа памяти.
Таким образом, систему памяти компьютера можно представить в виде иерархии, показанной на рис. 5.13. Быстрее всего осуществляется доступ к данным, хранящимся в регистрах процессора. Поэтому, если рассматривать эти регистры как составляющую иерархии памяти, то с точки зрения быстродействия они располагаются на самом верху, хотя по объему составляют ничтожно малую часть всей памяти компьютера. 5.5. Кэш-память 349 первичным кэшем и остальной памятью и называется кзкгем второго уровня (1.2). Для его реализации обычно используются микросхемы ЭВАМ. Типичный компъютер содержит кэш первого уровня, располагаемый на микросхеме процессора, и внешний по отношению к процессору кзш второго уровня, несколько большего объема Однако зто не всегда так.
Бывает, что микросхема процессора вообще не содержит каша или же, напротив, содержит кзш обоих уровней. Ниже по иерархии располагается основная ламялгь. Она довольно велика и реализуется на основе микросхем динамической памяти, как правило, в виде модулей 31ММ, 01ММ и К?ММ. Основная память значительно больше и намного медленнее каша. В типичном компъютере время доступа к основной памяти в десять раз меньше времени доступа к кашу 1.1.
Дисковые устройства предоставляют, можно сказать, огромный объем недорогой памяти, но по сравнению с полупроводниковыми устройствами они очень медленные. Более подробно мы поговорим о них в разделе 5.9. Для выполнения программ исключительное значение имеет скорость доступа к памяти. Идея управления иерархической системой памяти состоит в том, чтобы переместить команды и данные, которые будут использоваться в ближайшее время, как можно ближе к процессору. Для этого применяются специальные механизмы, описанные в следующих разделах.
Их анализ мы начнем с кзш-памяти. 5.5. Кэш-память По сравнению с быстродействием современных процессоров скорость функционирования основной памяти очень мала. Однако процессор не может тратить много времени в ожидании команд и данных из основной памяти. Поэтому нужны механизмы, сокращающие время доступа к необходимой информации. Поскольку быстродействие основной памяти физически ограничено, здесь требуетгл архитектурное решение. Таким решением является использование быстрой кэаг-памяти, благодаря которой основная память представляется процессору более быстрой, чем есть на самом деле. Эффективность механизма кэширования основывается на свойстве компьютерных программ, называемом локализациж ссылок.
Анализ процесса реализации различных программ показывает, что большую часть времени в них выполняется код, в котором определенные группы команд повторяются по многу раз. Это простые и вложенные циклы, а также многократно вызываемые подпрограммы. Причем последовательность выполнения команд не имеет значения — важно то, что многие из них в локализированных областях программы многократно повторяются в течение определенного промежутка времени, а доступ к оставшейся части программы осуществляется сравнительно редко. Это и называется локализацией ссылок. Локализация ссылок происходит и во времени, и в пространстве.
Локализация во времени означает, что недавно выполнявшиеся комацды, скорее всего, очень скоро будут выполнены снова. А локализация в пространстве означает большую вероятность того, что очень скоро будут выполнены команды, расположенные в непосредственной близости от только что реализованных команд (имеется в виду близость адресов команд). 350 Глава 5. Система памяти Если поместить активные сегменты программы в быструю кзш-память, общее время их выполнения значительно сократится. Идея кэширования команд очень проста.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
