Корпуса и маркировка, Логическая организация памяти - Аппаратные средства IBM PC
Элементы динамической памяти для персональных компьютеров бывают конструктивно выполнены либо в виде отдельных микросхем в корпусах типа DIP (Dual In line Package), либо в виде модулей памяти типа SIP/SIPP (Single In line Pin Package) или типа SIMM (Single In line Mernory Module). Модули памяти представляют собой небольшие текстолитовые платы с печатным монтажом с установленными на них микросхемами памяти в DIP-корпусах. При этом для подключения к системной плате на SIMM используется печатный ("ножевой") разъем, а на модулях SIP -- штыревой.
Логическая организация памяти
Используемый в IBM PC/XT процессор i8086 через свои 20 адресных линий может иметь доступ к пространству памяти всего в 1 Мбайт. Но в то время, когда появились эти компьютеры, возможность увеличения доступной оперативной памяти в 10 раз (по сравнению с обычными 64 Кбайт) была просто фантастической. Отсюда наверно и появилась "волюнтаристская" цифра -- 640 Кбайт. Эти первые 640 Кбайт адресуемого пространства в IBM-совместимых компьютерах называют обычно стандартной памятью (conventional memory). Оставшиеся 384 Кбайт были зарезервированы для систем использования и носят название памяти в верхних или высших адресах (UMB, Upper Memory Blocks). Эта область памяти резервируется под размещение системного ROM BIOS (Read Only Меш Basic Input Output System), видеопамяти и ROM-памяти, полнительных адаптеров.
Дополнительная, или ехрanded-памяТь
Почти на всех персональных компьютерах область UMB редко оказывается заполненной полностью. Пустует, как правило, область расширения системного ROM BIOS часть видеопамяти и области под дополнительные модули ROM. На этом и базируется спецификация дополнительной памяти EMS (Expanded Memory Specification), разработка фирмами Lotus Development, Intel и Microsoft (поэтому называемая иногда LIM-спецификацией) еще в 1985 г. и позволяющая использовать оперативную память свыше стандартных 640 Кбайт для прикладных программ. Принцип использования дополнительной памяти основан на переключении блоков (страниц) памяти. В выделяется незанятое "окно" (page frame) в 64-Кбайт, которое разбито на 16-килобайтные страницы. Программные и аппаратные средства позволяют отображать любой 16-килобайтный сегмент этой дополнительной expanded-иамйти в любой из выделенных 16-килобайтных страниц окна. Хотя микропроцессор всегда обращается к данным, хранимым в окне (адрес 1 Мбайт), адреса этих данных могут быть смещены в дополнительной памяти относительно окна на несколько мегабайт. Спецификация LIM/EMS 4.0 позволяет использовать до 2048 логических страниц и расширить объем адресуемой памяти до 32 Мбайт. Кроме этого, как и в EMS, физические страницы могут быть расположены в любом месте памяти, отличный от 16 Кбайт. Таким образом могут задействоваться области видеопамяти и UMB. Возможности спецификации позволяют, в частности, организовать многозадачный режим работы.
Paсширенная, или ехрanded-памягь
Компьютеры, использующие процессор i80286 с 24-разрядными адресными шинами, физически могут адресовать 16 Мбайт, а в случае процессоров i80386/486 -- 4 Гбайта памяти. Такая возможность появляется только при защищенном режиме работы процессора (protected mode), которого операционная система MS DOS не поддерживает. Расширенная память располагается выше области адресов 1 Мбайт. Для работы с extended-памятью микропроцессор должен переходить из реального в защищенный режим и обратно. Микропроцессоры i80386/486 выполняют эту операцию достаточно легко, чего не скажешь о i80286. При наличии соответствующего программного драйвера расширенную память можно эмулировать как дополнительную. Аппаратную поддержку в этом случае должен обеспечивать процессор не ниже i80386 или вспомогательный набор специальных микросхем.
КЭШ - ПАМЯТЬ
Кэш-память предназначена для согласования скорости работы сравнительно медленных устройств, таких, например как динамическая память с относительно быстрым микропроцессором. Использование кэш-памяти позволяет избегать циклов ожидания в его работе, которые снижают производительность всей системы.
У микропроцессора, синхронизируемого, например, тактовой частотой 33 МГц, тактовый период составляет приблизительно 30 нс. Обычные современные микросхемы динамической памяти имеют время выборки от 60 до 80 нс. Отсюда, в частности, следует, что центральный процессор вынужден простаивать 2-3 периода тактовой частоты (т. е. имеет 2-3 цикла ожидания), пока информация из соответствующих микросхем памяти установится на системной шине данных компьютера. Понятно, что в это время процессор не может выполнять никакую другую работу. Такая ситуация ведет обычно к тому, что общая производительность системы снижается, что, разумеется, крайне нежелательно.
С помощью технологии обработки, использующей кэш-память, обычно делается попытка согласовать работу медленных внешних устройств с быстрым процессором. В переводе с английского слово "сасhе" означает не что иное, как убежище или тайник. Эти значения, очевидно, можно толковать по-разному: и как то, что кэш, по сути, является промежуточным буферным запоминающим устройством, и как то, что работа кэш-памяти практически прозрачна (т. е. невидима) для пользователя. Кстати, в отечественной литературе синонимом кэш-памяти является термин "сверхоперативная память".
Соответствующий контроллер кэш-памяти должен заботиться о том, чтобы команды и данные, которые будут необходимы микропроцессору в определенный момент времени, оказывались в кэш-памяти именно к этому моменту. При некоторых обращениях к оперативной памяти соответствующие значения заносятся в кэш. В ходе последующих операций чтения по тем ке адресам памяти обращения происходят только к кэш-память, без затраты процессорного времени на ожидание, которое неизбежно при работе с основной динамической памятью. В персональных компьютерах технология использования кэш-памяти находит применение прежде всего при обмене данными между микропроцессором и оперативной памятью, а также между основной памятью и внешней (накопителями на магнитных носителях).
На кристалле микросхемы оперативной памяти SRАМ находится огромное количество транзисторов. Как уже говорилось, принщп работы ячейки динамической памяти состоит в сохранении ; заряда на крошечном конденсаторе, выполненном в полупроводниковой структуре кристалла. Понятно, что для того чтобы зарядить конденсатор до определенного значения, необходимо некоторое время. Чтобы конденсатор разрядился, также необходимо определенное время. Таким образом, в результате процессов заряда и разряда конденсатора ячейка памяти устанавливает либо в состояние 1, либо в состояние 0. Поскольку для заряда и разряда конденсатора необходимо вполне определенное (и немалое) время, то в этом и кроется причина ограниченного быстродействия динамической памяти.
Статическая же память основана на триггерах, в которых применяются интегральные транзисторы-переключатели. Такие транзисторы используют ключевой принцип работы: они либо закрыты, либо открыты. Конечно, на переход транзистора из одного состояния в другое также необходимо какое-то время, однако оно существенно меньше времени заряда-разряда конденсатора, выполняющего роль элемента памяти. Наряду с таким достоинством, как быстродействие по отношению к динамической памяти, статическая память имеет и недостатки. Она потребляет больший ток и имеет более сложную архитектуру -- на одну ячейку памяти требуется больше транзисторов. Как следствие этого, статическая память существенно дороже динамической. Кроме того, при одинаковом коэффициенте интеграции статическая память обладает значительно меньшей информационной емкостью.
При обмене данными возникает похожая проблема. Адреса данных, которые вскоре понадобятся процессору для обработки, находятся в большинстве случаев рядом с адресами данных, обрабатываемых непосредственно в данное время. Поэтому кэш-контроллер должен также заботиться о размещении всего блока данных в статической памяти.
Метод Write Through, называемый также методом сквозной записи, предполагает наличие двух копий данных -- одной в основной памяти, а другой -- в кэш-памяти. Каждый цикл записи процессора в память идет через кэш. Это обусловливает, конечно, высокую загрузку системной шины, так как на каждую операцию модификации данных приходится две операции записи. Поэтому каждое обновление содержимого кэш-памяти ощутимо сказывается на работе шины. С другой стороны, микропроцессор по-прежнему вынужден ожидать окончания записи в основную память.
Метод Buffered Write Through является разновидностью метода Write Through и называется также методом буферизованной сквозной записи. Для того чтобы как-то уменьшить загрузку шины, процесс записи выполняется в один или несколько буферов, которые работают по принципу FIFO (First Input-First Output). Таким образом, цикл записи для микропроцессора заканчивается практически мгновенно (т. е. когда данные записаны в буфер), хотя информация в основной памяти еще не сохранена. Сам же микропроцессор может выполнять дальнейшую обработку команд. Конечно, соответствующая логика управления должна заботиться о том, чтобы своевременно опустошать заполненные буферы. При использовании данного метода процессор полностью освобожден от работы с основной памятью.
При использовании метода Write Back, называемого также методом обратной записи, цикл записи микропроцессора происходит сначала в кэш-память, если там есть адрес приемника. Если адреса приемника в кэш-памяти не оказывается, то информация записывается непосредственно в память. Содержимое основной памяти обновляется только тогда, когда из кэш-памяти в нее записывается полный блок данных, называемый длиной строки-кэша (cache-line).
При работе с кэш-памятью применяется ассоциативный принцип, когда старшие разряды адреса используются в качестве признака, а младшие -- для выбора слова. Архитектура кэш-памяти определяется тем, каким образом память отображается на кэш. Существуют три разновидности отображения: кэш-память с прямым отображением, частично ассоциативная и полностью ассоциативная.
При прямом отображении каждая ячейка основной памяти может отображаться только на одну ячейку кэша, в частично ассоциативной --на две и больше (т. е., если одна ячейка кэша занята, можно использовать другую). В случае наличия четырех входов кэш-память называют 4-канальной частично ассоциативной, как, например, у i486. При полностью ассоциативном подходе в качестве разрядов признаков используются все адресные разряды.
Похожие статьи
-
НОВЫЕ ВИДЫ ПАМЯТИ - Аппаратные средства IBM PC
Резкое повышение быстродействия процессоров и переход на 32-разрядные многозадачные операционные системы существенно поднимают требования и к другим...
-
Оперативная память - Аппаратные средства IBM PC
Оперативная память составляет не большую, но, безусловно, важнейшую часть персонального компьютера. Если от типа процессора зависит количество адресуемой...
-
Организация основной памяти - Проблема организации и хранения данных
Основная память в современных компьютерах представляет собой следующий уровень иерархии памяти. Основная память удовлетворяет запросы кэш-памяти и служит...
-
Организация кэш-памяти - Проблема организации и хранения данных
Концепция кэш-памяти возникла раньше, чем архитектура IBM/360. Сегодня кэш-память имеется практически в любом классе компьютеров, а в некоторых...
-
Основные средства администрирования системы 1С:Предприятие реализованы в составе конфигуратора. Однако есть ряд механизмов и утилит, которые не входят в...
-
ПРОЦЕССОР i80286 - Аппаратные средства IBM PC
Презентация IBM персонального компьютера AT в 1984 году сфокусировала все внимание на другой микропроцессор - i80286. Сам по себе микропроцессор был...
-
ПРОЦЕССОР i8088 - Аппаратные средства IBM PC
Через год после презентации 8086, Intel объявил о разработке микропроцессора i8088. Он являлся очень похожим на i8086: 16-битные регистры, 20 адресных...
-
Физические модели хранения данных определяют методы размещения данных в памяти компьютера или на соответствующих носителях информации, а также способы...
-
ПРОЦЕССОР i80386 - Аппаратные средства IBM PC
I80386 был создан в 1985 году. i80386 был создан при полной ясности всех требований, предъявляемых к микропроцессорам и компьютерам. i80386 имел все...
-
Страничная организация памяти - Проблема организации и хранения данных
В системах со страничной организацией основная и внешняя память (главным образом дисковое пространство) делятся на блоки, или страницы, фиксированной...
-
Виртуальная память как средство организации защиты данных - Проблема организации и хранения данных
Общепринятая в настоящее время концепция виртуальной памяти появилась достаточно давно. Она позволила решить целый ряд актуальных вопросов организации...
-
Секретарь - под этим словом часто скрываются разные функции, должности, степень ответственности. Эта профессия уникальна, к ней можно предъявлять чисто...
-
Средства доступа, Модемы - Глобальная сеть Интернет
Модемы Модем - это устройство, преобразующее при передаче данных дискретные (цифровые) сигналы компьютера в аналоговую форму в соответствии с принятыми в...
-
Запоминающее устройство (ЗУ) на основе регистров процессорной памяти и кэш-памяти процессора - это внутренняя память процессора. Регистры служат...
-
Корпусная лингвистика и ее применение в области преподавания иностранного языка "Корпусная лингвистика - раздел компьютерной лингвистики, занимающийся...
-
Большинство ученых в наши дни отказываются от попыток дать строгое определение информации и считают, что информацию следует рассматривать как первичное,...
-
Схема каскадирования. Организация запоминающих устройств. Для запоминания информации в цифровых схемах используется либо триггер, либо конденсатор. В...
-
Сегментация памяти - Проблема организации и хранения данных
В системах с сегментацией памяти каждое слово в адресном пространстве пользователя определяется виртуальным адресом, состоящим из двух частей: старшие...
-
Аппаратные средства защиты - Инженерно-техническая защита объектов
К аппаратным средствам защиты информации относятся самые различные по принципу действия, устройству и возможностям технические конструкции,...
-
Жесткие диски с интерфейсом SCSI - Аппаратные средства IBM PC
Если 90% жестких дисков, устанавливаемых в персональные компьютеры, имеют интерфейс Enhanced IDE, и только 10% -- SCSI, то для компьютеров, используемых...
-
Учебный процесс в ННГАСУ сопровождается значительной информационной базой, развитием компьютерного парка и внедрением в образовательный процесс...
-
МОНИТОРЫ - Аппаратные средства IBM PC
До пятидесятых годов компьютеры выводили информацию только на печатающие устройства. Интересно отметить, что достаточно часто компьютеры тех лет...
-
- Проектирование автоматизированного рабочего места (АРМ) воспитателя специализированного ДОУ. Информационная среда ДОУ способствует достижению целей...
-
В основе реализации организации памяти современных компьютеров лежат два принципа: принцип локальности обращений и соотношение...
-
Жесткие диски 2.5" и 1.8" - Аппаратные средства IBM PC
Ориентированные изначально на мобильные применения, миниатюрные жесткие диски значительно усовкршенствовались и не уступают моделям для настольных...
-
Комплекс инструментов Oracle Exalytics Комплексное решение Oracle Exalytics создано для обеспечения высокой производительности аналитических систем и...
-
Что происходит во время записи? - Компьютерные и сетевые технологии
При обращениях к кэш-памяти на реальных программах преобладают обращения по чтению. Все обращения за командами являются обращениями по чтению и...
-
Базовые понятия информации - Компьютерные и сетевые технологии
Информация компьютер математический сеть Мы начинаем первое знакомство с величайшим достижением нашей цивилизации, стоящем в одном ряду с изобретением...
-
Структура ПК - Устройство персонального компьютера
А) Основные устройства Из каких же основных элементов состоит современный ПК? Наиболее "весомой" частью любого компьютера является системный блок. Внутри...
-
Анализ принципа работы БП адаптера связи ОП - Работка буферной памяти адаптера связи
Буферная память этопамять для промежуточного хранения данных. Применяется при обмене данными между двумя устройствами, обладающими различной скоростью...
-
Во введении актуализируется необходимость создания вашего электронного средства обучения (педагогический подход, используемая методика). Автор дает...
-
Для увеличения производительности графической подсистемы настолько, насколько это возможно, приходится снижать до минимума все препятствия на этом пути....
-
Заключение - Разработка программного средства, позволяющего оптимизировать SQL-скрипты
Оптимизация потребления ресурсов (хранение данных, ресурсы CPU) - важная задача при реализации ETL-процессов. Чем больше ресурсов системы будет свободно,...
-
Наиболее распространенная форма - ЭВМ. Раньше чаще использовались вычислительные центры (ВЦ). Вычислительный центр - организуется и специализируется на...
-
Оперативная память (также оперативное запоминающее устройство, ОЗУ) - в информатике - память, часть системы памяти ЭВМ, в которую процессор может...
-
В данном пункте будет рассмотрены варианты подключения малых отделений организации, а также удаленных пользователей к единой КС. Как правило, подключения...
-
Криптография, аутентификация - Анализ средств защиты информации в ЛВС
Проблемой защиты информации путем ее преобразования занимается криптология (kryptos - тайный, logos - наука). Криптология разделяется на два направления...
-
Брандмауэр - Анализ средств защиты информации в ЛВС
Наверное, лучше всего начать с описания того, что НЕ является брандмауэром: брандмауэр - это не просто маршрутизатор, хост или группа систем, которые...
-
Назначение и функции программной системы Разработанная база данных "Библиотека" предназначена для использования в учреждениях библиотек. Основной...
-
Оптимизатор - Разработка программного средства, позволяющего оптимизировать SQL-скрипты
Задача оптимизатора в рамках данной дипломной работы - исправлять части SQL-кода, которые могут приводить к дополнительным тратам памяти и ресурсов. На...
Корпуса и маркировка, Логическая организация памяти - Аппаратные средства IBM PC