Бройдо В.Л., Ильина О.П. Архитектура ЭВМ и систем (2006) (1186249), страница 39
Текст из файла (страница 39)
При выполнении программы данные, считанные из ОП с небольшим опережением, записываются в кэш-память. В кэш-память записываются и результаты операций, выполненных в МП. По принципу записи результатов в оперативную память различают два типа кэшпамяти; О в кэш-памяти «с обратной записью» результаты операций прежде, чем быть записанными в ОП, фиксируются, а затем контроллер кэш-памяти самостоятельно перезаписывает эти данные в ОП; 13 в кэш-памяти «со сквозной записью» результаты операций одновременно, записываются и в кэш-память, и в ОП.
Микропроцессоры, начиная от МП 80486, обладают встроенной в основное ядро МП кэш-памятью (или кэш-памятью 1-го уровня — 1.1), чем, в частности, и обусловливается их высокая производительность. Микропроцессоры Репгшш имеют кэш-память отдельно для данных и отдельно для команд: у Репггвш емкость этой памяти небольшая — по 8 Кбайт, у Репг1пш ММХ вЂ” по 16 Кбайт. У Репггцш Рго и выше кроме кэш-памяти 1-го уровня есть и встроенная на микропроцессорную плату кэш-память 2-го уровня (1.2) емкостью от 128 до 2048 Кбайт. Эта встроенная кэш-память работает либо на полной тактовой частоте МП, либо на его половинной тактовой частоте.
Следует иметь в виду, что для всех МП может использоваться дополнительная кэш-память 2-го (1.2) или 3-го (1.3) уровня, размещаемая на материнской плате вне МП, емкость которой может достигать нескольких мегабайт (кэш на материнской плате относится к уровню 3, если МП, установленный на этой плате, имеет кэш 2«го уровня). Время обращения к кэш-памяти зависит от тактовой частоты, на которой кэш работает, и составляет обычно 1-2 такта. Так, для кэшпамяти 1.1 МП Репггцш характерно время обращения 2-5 нс, для кэш-памяти 1.2 и 1.3 это время доходит до 10 нс.
Пропускная способность кэш-памяти зависит и от времени обращения, и от пропускной способности интерфейса и лежит в широких пределах от 300 до 3000 Мбайт/с. 191 Основная память Использование кэщ-памяти существенно увеличирает производительность системы. Чем больше размер кэш-памяти, тем выше быстродействие, но эта зависимость нелинейная. Имеет место постепенное уменьшение скорости роста обшей производительности компьютера с ростом размера кэш-памяти. Для современных ПК рост производительности, как правило, практически прекращается после 1 Мбайт кэш-памяти 12. Создается кэш-память на основе микросхем статической памяти. ПРИМЕЧАНИЕ В современных ПК часто применяется и кзш-память между внешними запоминающими устройствами на дисках и оперативной памятью, обычно относящаяся к 3-му уровню, реже, если есть кзш 1З на системной плате, — к 4-му уровню.
Кзш-память для ВЗУ создается либо в поле оперативной памяти, либо непосредственно в модуле самого ВЗУ. Основная память При рассмотрении структуры основной памяти можно говорить как о физической структуре, то есть об основных ее конструктивных компонентах, так и о логической структуре, то есть о ее различных областях, условно выделенных для организации более удобных режимов их использования и обслуживания. Физическая структура основной памяти Упрощенная структурная схема модуля основной памяти при матричной его организации представлена на рис.
11.1. При матричной организации адрес ячейки, поступающий в регистр адреса, например по 20-разрядным кодовььн шинам адреса, делится на две 10-разрядные части, поступаюшие, соответственно, в регистр адреса Х и регистр адреса У. Из этих регистров коды полуадресов поступают в дешифратор Х и дешифрашор г', каждый из которых в соответствии с полученным адресом выбирает одну из 1024 шин. По выбранным шинам подаются сигналы записи-считывания в ячейку памяти, находяшуюся на пересечении этих шин.
Таким образом адресуется 10з (точнее, 1024') ячеек. Считываемая или записываемая информация поступает в регистр данных, непосредственно связанный с кодовыми шинами данных. Управляющие сигналы, определяющие, какую операцию следует выполнить, поступают по кодовым шинам инструкций. Куб памяти содержит набор запоминающих элементов — собственно ячеек памяти.
Основная память (ОП) содержит оперативное (КАМ вЂ” Каис(от Ассезз Метогу) и постоянное (КОМ вЂ” Кеаб Оп!у Мепюгу) запоминающие устройства. Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) предназначено для хранения информации (программ и данных), непосредственно участвующей в вычислительном процессе в текущий интервал времени. ОЗУ вЂ” энергозависимая память: при отключении напряжения питания информация, хранящаяся в ней, теряется.
192 Глава 11. Запоминающнв устройства ПК Рис. 11.1. Структурная схема модуля основной памяти Основу ОЗУ составляют микросхемы динамической памяти 1ЖАМ. Это большие интегральные схемы, содержащие матрицы полупроводниковых запоминающих элементов — полупроводниковых конденсаторов. Наличие заряда в конденсаторе обычно означает «1», отсутствие заряда — «0».
Конструктивно элементы оперативной памяти выполняются в виде отдельных модулей памяти — небольших плат с напаянными на них одной или, чаще, несколькими микросхемами. Эти модули вставляются в разъемы — слоты на системной плате. На материнской плате может быть несколько групп разъемов — банков — для установки модулей памяти; в один банк можно ставить лишь блоки одинаковой емкости, например, только по 16 Мбайт или только по 64 Мбайт; блоки разной емкости можно устанавливать только в разные банки. Модули памяти характеризуются конструктивом, емкостью, временем обращения и надежностью работы.
Важным параметром модуля памяти является его 1ВЗ Основная память надежность и устойчивость к возможным сбоям. Надежность работы современных модулей памяти весьма высокая — среднее время наработки на отказ составляет сотни тысяч часов, но тем не менее предпринимаются и дополнительные меры повышения надежности. Вопросы обеспечения надежности и достоверности ввиду их важности специально рассмотрены в части 6 учебника. Здесь лишь укажем, что одним из направлений, повышающих надежность функционирования подсистемы памяти, является использование специальных схем контроля и избыточного кодирования информации. Модули памяти бывают с контролем четности (раг!су) и без контроля четности (поп раг!су) хранимых битов данных.
Контроль четности позволяет лишь обнаружить ошибку и прервать исполнение выполняемой программы. Существуют и более дорогие модули памяти с автоматической коррекцией ошибок — ЕСС-память, использующие специальные корректирующие коды с исправлением ошибок (см. раздел «Обеспечение достоверности информацииь главы 9).
ПРИМЕЧАНИЕ Некоторые недобросовестные фирмы (китайские, например) с целью повышения конкурентоспособности своих изделий в глазах неопытных покупателей ставят в модули памяти специальный имитатор четности — микросхему-сумматор, выдающую при считывании ячейки всегда правильный бит четности. В этом случае никакого контроля нет, а лишь имитируется его выполнение. Надо сказать, что эта имитация иногда бывает полезной, так как существуют системные платы, требующие для своей корректной работы присутствия бита контроля четности. Существуют следующие типы модулей оперативной памяти: 01Р; 51Р; $1РР; 51ММ; Р1ММ; К1ММ.
Рассмотрим их подробнее. !л!Р, 8!Р и 8!РР 1)1Р (1)ца! 1п-!!пе Рас!гайе — корпус с двухрядным расположением выводов) — одиночная микросхема памяти, сейчас используется только в составе укрупненных модулей (в составе модулей 81ММ, например). $1Р (Я!пй!е 1и-!!пе Рас!гайе — корпус с однорядным расположением выводов) — микросхема с одним рядом выводов, устанавливаемая вертикально.
$1РР (8!пй!е 1п-!1пе Р!ппег! Рас!гайе — корпус с однорядным расположением проволочных выводов) — 30-контактный (штырьковый) модуль. Модули 81Р и 81РР сейчас практически не применяются. 81ММ ЯММ (5!пй!е 1и-!!пе Мешогу Мог1ц!е) представляют собой печатную плату с односторонним краевым разъемом типа слот и установленными на ней совместимыми микросхемами памяти типа 1)!Р. Микросхемы 81ММ бывают двух разных типов: короткие, на 30 контактов (длина 75 мм), и длинные, на 72 контакта (длина 100 мм). Модули 51ММ имеют емкость 256 Кбайт, 1, 4, 8, 16, 32 и 64 Мбайт. Модули 81ММ выпускаются с контролем и без контроля четности и с эмуляцией контроля четности.
Память 81ММ отличается также низким быстродействием — обычно она имеет время обращения 60 и 70 нс. Сейчас такое время обращения считается нежелательным, поэтому модули 51ММ встречаются только в устаревших ПК 194 Глава кп Запоминающие устройства Пк ммм Р1ММ (Рпа! !п-!!пе Мешогу Модо!е) — более современные модули, имеющие 168-контактные разъемы (длина модуля 130 мм); могут устанавливаться только на те типы системных плат, которые имеют соответствуюшие разъемы. Появление Р1ММ стимулировалось выпуском процессоров Репг!цш, имеюших 64-битовую шину данных. Необходимое число модулей памяти для заполнения шины называется банком памяти.
В случае 64-разрядной шины для этого требуется два 32-битовых 72-контактных модуля 51ММ или один 64-битовый модуль Р1ММ, имеюший 168 контактов. Модуль Р1ММ может иметь разрядность 64 бит (без контроля четности), 72 бит (с контролем четности) и 80 бит (память ЕСС). Емкость модулей Р1ММ: 16, 32, 64, 128, 256 и 512 Мбайт. Время обращения, характерное для современных модулей Р1ММ, работаюших на частоте 100 и 133 МГц (модули РС100, РС133), лежит в пределах 6-10 нс.
К1ММ (КашЬцз 1п-!!пе Мепюгу Мог!п!е) — новейший тип оперативной памяти. Появление технологии Ейгесг КашЬцз ЭКАМ потребовало нового конструктивного исполнения для модулей памяти. Микросхемы Ейгесг КРКАМ собираются в модули ИММ, внешне подобные стандартным Р1ММ, что, кстати, и нашло отражение в названии модулей нового конструктива. На плате модуля ИММ может быть до 16 микросхем памяти Ейгесь КРКАМ, установленных по восемь штук с каждой стороны платы. Модули К1ММ могут быть использованы на системных платах с форм-фактором АТХ, В10Я и чипсеты которых согласованы с данным типом памяти. Среди микросхем фирмы 1пге! это чипсеты 1820, !840, !850 и их модификации.
На системной плате предусматривается до четырех разъемов под данные модули. Необходимо отметить, что модули ИММ требуют интенсивного охлаждения. Это связано со значительным энергопотреблением и, соответственно, тепловыделением, что обусловлено высоким быстродействием данных модулей памяти (время обращения 5 нс и ниже). Хотя внешне модули К1ММ напоминают модули Р1ММ, они имеют меньшее число контактов и с обеих сторон закрыты специальными металлическими экранами, которые зашишают модули К1ММ, работаюшие на больших частотах, экранируя их чувствительные электронные схемы от внешних электромагнитных наводок. В настоящее время спецификации определяют три типа модулей, отличающихся рабочими частотами и пропускной способностью.
Обозначаются они К1ММ РС800, К1ММ РС700, К1ММ РС600. Наиболее быстродействующими являются модули К1ММ РС800, работающие с чипсетом 1850 на внешней тактовой частоте 400 МГц и имеюшие пропускную способность 1,6 Гбайт/с. Модули ИММ РС600 и К1ММ РС700 предназначены для работы на повышенных частотах шины памяти, например, на частоте 133 МГц, поддерживаемой современными чипсетами. Типы оперативной памяти Различают следующие типы оперативной памяти: ЕРМ ЭКАМ; КАМ ЕРО; ВЕРО ЭКАМ; ЯРКАМ; РРК ЯРКАМ; РКРКАМ и т, д. Основная память РРМ ОВАМ ЕРМ РКАМ (Еазг Райе Мобе РКАМ) — динамическая память с быстрым страничным доступом, активно используется с микропроцессорами 80386 и 80486.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
