Лекции по архитектуре эвм
 Скачать 397.84 Kb.
|
|
Запоминающие устройства с произвольным доступом. Цикл обращения таких устройств не зависит от того, в каком физическом месте ЗУ находятся требуемые данные. Такой способ - 33 - доступа характерен для полупроводниковых ЗУ. Число записанных одновременно битов данных за одно обращение называют шириной выборки (доступа). Запоминающие устройства с прямым доступом. В таких устройствах носитель информации непрерывно вращается. В результате требуемые данные доступны для чтения- записи через некоторый фиксированный промежуток времени. Такие ЗУ называют ЗУ циклического типа. Запоминающие устройства с последовательным доступом. При последовательном доступе, прежде чем найти нужный участок ЗУ, нужно «просмотреть» либо все предыдущие участки памяти, либо предыдущий последовательно один за другим (накопитель на магнитной ленте). Требования, которые предъявляются к емкости и быстродействию памяти, являются противоположными с точки зрения технического исполнения (т.е. если память быстрая, то емкость мала и наоборот). Поэтому в современных ЭВМ память строится в виде некоторой иерархической структуры. На разных уровнях иерархии распределяются ЗУ, которые обладают разными характеристиками. Структуру памяти можно представить в виде: Не говоря о конкретных цифрах ЗУ, нужно отметить, что они различаются у соседних уровней, на 1,2,3 порядка. Любой нижележащий уровень имеет большую емкость и меньшее быстродействие. На любом уровне памяти может быть несколько однотипных модулей ЗУ. Основная память обеспечивает хранение информации, которое непосредственно используется процессором (АЛУ, УУ) в ходе выполнения программы. Основная память напрямую связана с процессором, следовательно, ее характеристики самым непосредственным образом влияют на производительность ЭВМ. Быстродействие памяти меньше быстродействия процессора (7 нс – время обращения к памяти, к процессору в 5 раз меньше – 2нс). В современных ЭВМ существует сверхоперативная память – буфер между процессором и основной памятью. Она предназначена для согласования скорости работы ЗУ и процессора. КЭШ имеет небольшую емкость. Сверхоперативная память обеспечивает временной хранение активных участков программы, активных участков данных, некоторой служебной информации для управления вычислительным процессом. Обмен между сверхоперативной и основной памятью происходит поблочно. Приблизительно на том же уровне располагается регистр памяти компьютера. Емкость регистра памяти мала, но быстродействие самое высокое и вписано в цикл работы процессора. регистр Сверхоперативная память (КЭШ) Оперативная память Основная память Память большой емкости Буфер канала Буфер канала Ядро ЭВМ Память прямого доступа Смешанные носители Память последовательного доступа процессор Внешняя Архивная - 34 - Память большой емкости – оперативная память. В современных ЭВМ практически всегда отсутствует. Память большой емкости с процессором не связана. Доступ производится через основную память. Обмен между ней и основной памятью реализуется аппаратными средствами. Это приводит к тому, что увеличивается адресное пространство. В оперативной памяти хранятся не все средства, которые необходимы для решения данной задачи, следовательно, всегда есть внешняя память. Чаще всего это дисковая память. Внешняя память (ВП) обеспечивает хранение всей информации, которая необходима в процессе решения данной задачи. ВП принципиально процессору недоступна. Обмен между ВП и ОП реализуется системами управления памяти (аппаратно-программные средства), которые пользователю недоступны (хотя можно решить такую задачу). ВП имеет емкость на несколько порядков больше, чем у ОП (время обращения к ВП исчисляется в мкс). Архивная память. Емкость – сколько вместится. Время доступа зависит от характеристик (например, говорят о характеристиках дисковода). В современных компьютерах существуют некоторые отдельные виды памяти: буферы различного рода устройств. Для терминала (дисплея) есть свой буфер, каналы обмена имеют свой буфер. Буфер не оказывает значительное влияние на характеристики производительности, но характеристики памяти адаптера оказывают влияние на анимацию. Иерархия памяти в конечном итоге позволяет: 1) повысит производительность процессора в целом 2) увеличить пропускную способность памяти (среднюю скорость обмена) 3) предоставить в распоряжение пользователя практически не ограниченную память (виртуальную память) Поскольку характеристики быстродействия различных уровней различны, то при построении памяти требуется согласование пропускных способностей каждого уровня. Достигается это за счет буферизации обмена между разными уровнями. Смысл буферизации заключается в том, что каждом уровне выделяется некоторая область (для «автономного» обмена с дисками без участия процессора). Информационные единицы обмена по мере удаления от процессора увеличиваются. Организация ОП. Оперативная память любого вычислителя всегда строится из отдельных модулей памяти, которые конструктивно и функционально закончены. Каждый модуль имеет свое собственное электронное обрамление (устройства, которые обеспечивают запись, выборку, чтение). Емкость каждого модуля ОП фиксирована (в виде степени двойки). Структура модуля памяти определяется способом организации ОП (способ адресации). Существует 3 разновидности организации памяти: 1) адресная память 2) память со стековой организацией 3) ассоциативная организация ОП С точки зрения функционального построения, любое ЗУ этого типа представляет собой некоторый массив элементов памяти. Структурные элементы памяти образуют ячейки памяти. Ширина ячеек – ширина выборки из памяти. 1) В адресной памяти, размещение и поиск информации в массиве запоминания, базируется на основе номера (адреса). Массив запоминания элементов содержит N n-разрядных слов, которые пронумерованы (0…N-1). Электронное обрамление включает в себя регистры для хранения адреса памяти, регистр информации (само слово), схемы адресной выборки (адресации), разрядные усилители для чтения и записи. - 35 - Массив запоминания (ЗМ) содержит N n-разрядных слов. Регистр адреса памяти (РАП) + схема адресной выборки + усилитель считывания + усилитель записи + регистр информации памяти (РИП) + схема управления – электронное обрамление. Цикл работы памяти инициируется сигналом обращения к памяти и операцией (ЗП/ЧТ). При инициировании обращения производится дешифрация адреса схемы адресной выборки. Если задана операция чтения, то активизируется усилитель считывания и информация через усилитель считывания предается в регистр информации памяти. Если память требует динамической регенерации, то после регистра информации памяти все поступает в регистр адреса памяти. Если происходит чтение, то активизируется усилитель записи, который обеспечивает запись из регистра информации памяти в нужное место памяти. 2) Стековая память является безадресной. Ячейки стековой памяти представляют собой одномерный массив n-разрядных ячеек, в котором соседи связаны друг с другом. Для операций с памятью доступна только 0 ячейка. Операция с памятью инициируется сигналом обращения. Каждая операция записи, инициируемая сигналом обращения к памяти, приводит к тому, записанные данные помещаются в 0 ячейку памяти. При этом все ранние записи в памяти слова автоматически сдвигаются на 1 адрес ниже. Операция чтения, инициируемая сигналом обращения, приводит к тому, что на выходе памяти формируется значение слова, находящиеся в 0 ячейке памяти. При этом все имеющиеся слова сдвигаются на одно слово вверх. Счетчик стека нужен только для контроля заполнения и очищения стека. Техническая реализация стековой памяти оказывается сложнее адресной памяти. Стековая память используется достаточно широко (короткий стек из микропрограммирования). Чаще всего Усилители считывания РАП Схема адресной выборки n-1 0 n-1 0 ЗМ РИП Усилители записи Схема управления Выборка 0 1 … n-1 Вход Адрес Обращение ЗП/ЧТ Чтение РАП n РИП 0 Адрес Данные ЗП/ЧТ Обращение n-1 0 n-1 0 0 n-1 Выход Вход Обращение ЧТ/ЗП СчСт ±1 (СчСт)=0 (СчСт)=N-1 Проверка - 36 - применяется не стековая память, а адресное поле, которое функционирует по принципу стека. 3) ассоциативная память. Исторически последняя. Является представителем многофункциональных запоминающих устройств (возможна обработка данных без процессора в памяти). Отличительная особенность: поиск любой информации в ЗМ производится не по адресу, а по ассоциативным признакам (признакам опроса). Поиск производится одновременно по всем ячейкам ЗМ. Типовая структура ассоциативной памяти: РАП - регистр ассоциативного опроса, РМ - регистр маски, РгСв - регистр связи. У каждой ячейки памяти существует бит занятости (1 - есть или 0 - нет слова). Опрос производится на основе двух признаков: признака ассоциативного опроса (в РАП) и маски, которая находится в РМ. Поиск производится по незамаскированным разрядам. Поиск начинается с сигнала опроса (производится опрос всего ЗМ). Результаты опроса фиксируются в РгСв через комбинационную схему (КС). Связи устанавливаются: РгСв[j]:=&{РгАП[i] ⊕ЗМ[j,i]∪РгМ[i]} Если некоторые биты замаскированы, они не участвуют в операции (1). По результатам опроса с помощью формирования считывания (ФС), формируется 3 сигнала: α 0 =& РгСв[j] (нет слова, отвечает признак опроса) α 1 = ∪{РгСв[j] & РгСв[l]} только одно слово α 2 = α 0 α 1 , более 1 слова множественный ответ. С помощью них выполняются операции чтения и записи. Чтение: если α 0 - результат пустое множество; если α 1 - слово считывается в РИП; если если α 2 - процедура чтения может строиться по разному: 1) считывается первый из элементов ЗМ, удовлетворяющий признаку запроса 2) считывание всех элементов, применяются методы множественного считывания (последовательное чтение), результат множество слов. Запись: опрос по полю занятости. Ищется свободная ячейка, если результат α 1 или α 2 - производится запись в первую свободную ячейку. Сложности возникают, когда результатом является α 0 n-1 РАП 0 n n-1 РМ 0 n схема опроса n-1 0 ЗМ n-1 0 n КС n-1 РгСв 0 ОС n-1 РИП 0 Вход Выход Бит занятости Опрос 0 N-1 α 0 α 1 α 2 n-1 i=0 j=0 N-1 j=0 N-1 N-1 l=0 l ≠j - 37 - С точки зрения структуры, любая основная память компьютера может быть построена, как одноблочная, либо как многоблочная (сейчас одноблочная память практически не используется). Многоблочную память строят из однотипных блоков. |