Сширенная, или ехрanded-памягь - Анализ и оценка аппаратных средств современных компьютеров
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 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
-
Накопители 5,2'', Накопители 3.5" - Анализ и оценка аппаратных средств современных компьютеров
Для этих устройств используется одинаковы. В то же время реальное быстродействие в большинстве случаев определяется еще и объемом и эффективностью...
-
НОВЫЕ ВИДЫ ПАМЯТИ - Анализ и оценка аппаратных средств современных компьютеров
Резкое повышение быстродействия процессоров и переход на 32-разрядные многозадачные операционные системы существенно поднимают требования и к другим...
-
Оперативная память - Анализ и оценка аппаратных средств современных компьютеров
Оперативная память составляет не большую, но, безусловно, важнейшую часть персонального компьютера. Если от типа процессора зависит количество адресуемой...
-
Жесткие диски 2.5" и 1.8" - Анализ и оценка аппаратных средств современных компьютеров
Ориентированные изначально на мобильные применения, миниатюрные жесткие диски значительно усовкршенствовались и не уступают моделям для настольных...
-
Жесткие диски с интерфейсом IDE - Анализ и оценка аппаратных средств современных компьютеров
Жесткая конкуренция и особая важность в этих условиях ценового фактора требуют от производителей массовой продукции использования самых современных...
-
Дополнительная, или ехрanded-памягь - Анализ и оценка аппаратных средств современных компьютеров
Почти на всех персональных компьютерах область UMB редко оказывается заполненной полностью. Пустует, как правило, область расширения системного ROM BIOS...
-
Форматы - Анализ и оценка аппаратных средств современных компьютеров
Хороший привод CD-ROM должен поддерживать как можно больше из существующих форматов дисков (в идеале -- все). Многообразие форматов вызвано, с одной...
-
Жесткие диски с интерфейсом SCSI - Анализ и оценка аппаратных средств современных компьютеров
Если 90% жестких дисков, устанавливаемых в персональные компьютеры, имеют интерфейс Enhanced IDE, и только 10% -- SCSI, то для компьютеров, используемых...
-
Анализ и оценка аппаратных средств современных компьютеров
Ведущие изготовители chipset для графических адаптеров -- фирмы S3, ATI, Cirrus Logic, Trident и другие -- предусмотрели в новом поколении своих изделий...
-
Статическая память - Анализ и оценка аппаратных средств современных компьютеров
В качестве кэш-памяти второго уровня практически всегда применялась (и до сих пор продолжает широко применяться) стандартная асинхронная память SRAM. При...
-
Элементы динамической памяти для персональных компьютеров бывают конструктивно выполнены либо в виде отдельных микросхем в корпусах типа DIP (Dual In...
-
Материнские платы - Анализ и оценка аппаратных средств современных компьютеров
Почти все современные платы используют шину PCI и поддерживают спецификацию PCI-2.0. Архитектура системных плат с шиной PCI за довольно короткий...
-
В большинстве новых моделей применяется chipset с функциями ускорения видео в соответствии с DCI-1.0 и скоростной цифроаналоговый преобразователь RAMDAC...
-
Первенец 32-разрядных систем - Анализ и оценка аппаратных средств современных компьютеров
Первенец 32-разрядных систем i80386 был представлен 17 октября 1985 г. и имел все права на звание процессора для ЭВМ общего назначения. Использование...
-
УСТРОЙСТВА С МНОГОКРАТНОЙ ЗАПИСЬЮ - Анализ и оценка аппаратных средств современных компьютеров
Устройства CD-R для однократной записи дисков CD-ROM (в разных форматах) будут в недалеком будущем дополнены перезаписываемыми, то есть с возможностью...
-
ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ - Анализ и оценка аппаратных средств современных компьютеров
Системная плата должна обеспечивать достижение максимально высокой производительности как процессора и оперативной памяти, так и других частей компьютера...
-
Скоростные характеристики - Анализ и оценка аппаратных средств современных компьютеров
Выпуск фирмой Plextor в начале 1996 года первого в мировой практике привода с шестерной скоростью (серия 6PLEX) привлек особое внимание к скоростным...
-
Фирма ASUSTeK выпускает широкий набор системных плат под Pentium, как в однопроцессорной, так и в двухпроцессорной конфигурации. Используются chipset...
-
Введение - Анализ и оценка аппаратных средств современных компьютеров
В наше время трудно представить себе, что без компьютеров можно обойтись. А ведь не так давно, до начала 70-х годов вычислительные машины были доступны...
-
Жесткие диски для аудио и видео - Анализ и оценка аппаратных средств современных компьютеров
Развитие multimedia вызвало значительный интерес к так называемым аудио/видео жестким дискам как со стороны потребителей, так и производителей. Обычные...
-
Во всех новых моделях системных плат для Pentium предусмотрена поддержка процессоров не только на 90/100 MHz, но и 120, 133, 150 MHz, а в некоторых...
-
Основным элементом УФ-установки (Рисунок 2) является камера обеззараживания, изготовленная из пищевой нержавеющей стали. Внутри камеры располагаются...
-
Для большинства измерений, выполняемых в системах управления технологическими процессами, оценивание погрешности измерений и ее составляющих производится...
-
Анализ работы устройства - Проектирование печатной платы программатора микросхем ПЗУ
Формирователь сигналов IBM представляет собой шинный формирователь, который пропускает сигналы с шины данных IBM (выходные сигналы регистра данных...
-
Оценка частоты гармонических сигналов на основе анализа амплитудно-частотной характеристики процесса
Оценка частоты гармонических сигналов на основе анализа амплитудно-частотной характеристики процесса Бордюков Антон Геннадьевич, Аспирант...
-
Одной из важнейших задач современного производства является внедрение в производственный процесс новейших прикладных компьютерных технологий. Это вызвано...
-
Современные компьютеры. - Этапы развития ЭВМ с 1950 по наши дни
Consumer PC (массовый ПК)."Массовый (или домашний) компьютер" - на сегодняшний день понятие очень широкое. Согласно спецификации PC99 большинство...
-
Показатели разгона автомобиля представляют собой графики ускорений, времени и пути разгона в функции скорости. Ускорение j для разных передач и скоростей...
-
ОЗУ ДИНАМИЧЕСКОГО ТИПА - Цифровые устройства и микропроцессоры
В отличие от статических ЗУ, которые хранят информацию пока включено питание, в динамических ЗУ необходима постоянная регенерация информации, однако при...
-
Скорость сообщения Скорость сообщения (VC) - это скорость, не учитывающая простои на конечных остановках. Где LМ - длина маршрута, км., TОб - время...
-
Выбрать и обосновать структурную схему устройства. Выбрать и обосновать принципиальную схему устройства. Определить основные характеристики устройства и...
-
Модем - Характеристика современных технических средств дистанционной передачи данных
Модем (аббревиатура, составленная из слов модулятор-демодулятор) - устройство, применяющееся в системах связи и выполняющее функцию модуляции и...
-
Краткий анализ технологий - CMTS (Cable Modem Termination System)
Традиционная телефонная сеть общего пользования (ТФОП) позволяет передавать голос в и данные в пределах узкой полосы частот (300 -3400) Гц. Быстрый рост...
-
Современные технологии, используемые для решения задач, связанных с планирование грузовых автомобильных перевозок, в логистике позволяют значительно...
-
Адресация компьютеров - Основные проблемы построения сетей
Еще одной новой проблемой, которую нужно учитывать при объединении трех и более компьютеров, является проблема их адресации. К адресу узла сети и схеме...
-
Классификация основных способов и методов (обеззараживания) воды приведена на Рисунке 1. Рисунок 1 Классификация основных способов и методов...
-
Digital Audio Workstation (DAW) представляет собой специализированную или универсальную компьютерную систему, способную выполнять запись, хранение,...
-
Виды транспорта и их технико-экономические особенности При выработке стратегий транспортного обслуживания необходимо опираться на анализ грузопотоков в...
-
Характеристика логистической инфраструктуры ООО "Мебельная компания ЛЕРОМ" ООО "Мебельная компания ЛЕРОМ" - российское предприятие, созданное в г. Пенза...
-
Польша: Предусмотрена плата за использование автомобильных дорог в зависимости от пройденного расстояния. Размер ставок электронной оплаты для дорог...
Сширенная, или ехрanded-памягь - Анализ и оценка аппаратных средств современных компьютеров