Вопрос 1.7.2. Стековая память. Кэш-память первого, второго уровней

Сверхоперативные ЗУ используется для хранения небольших обьемов информации и имеют значительно меньшее время (в 2-10 раз) считывания/записи, чем ОЗУ. СОЗУ обычно строятся на регистрах и регистровых структурах.

Если к любому регистру можно обратиться для записи/чтения по его адресу, то такая регистровая структура образует СОЗУ с произвольным доступом.

Безадресные регистровые структуры могут образовывать два вида устройств памяти: магазинного типа и память с выборкой по содержанию (ассоциативные ЗУ).

Если запись в регистровую структуру производится через один регистр, а считывание - через другой, то такая память является аналогом задержки и работает по приципу "первым вошел - последним вышел" (FIFO-First Input, First Output).

Если же запись и чтение производится через один и тотже регистр, то такое усройство называется стековой памятью, работающее по принципу "первым вошел-последним вышел" (FILO-First Input, Last Output).

Стековая память получила широкое распространение. Для ее реализации в ОЗУ посредством программ операционной системы выделяется часть памяти под стек.Специальный регистр МП (указатель стека) постоянно хранит адрес ячейки ОЗУ, выполняющий функции вершины стека. Чтение числа всегда производится из вершины стека, после чего указатель стека изменяется и указывает на очередную ячейку стековой памяти.

В микропроцессорах ассоциативные ЗУ (память с выборкой по содержанию) используются в составе кэш-памяти для хранения адресной части команд и операндов исполняемой программы. При этом нет необходимости обращаться к ОЗУ за следующей командой или требуемым операндом: достаточно поместить в маску необходимый адрес, если искомая информация имеется в СОЗУ, то она сразу будет выдана. Обращение к ОП будет необходимо лишь при отсутствии требуемой информации в СОЗУ. За счет такого использования СОЗУ сокращается число обращений к ОЗУ, а это позволяет экономить время, так как обращение к СОЗУ требует в 2-10 раз меньше времени, чем обращение к ОЗУ.

Кэш-память может быть размещена в кристалле процессора (так называемая "кэш-память I уровня") или выполнена в виде отдельной микросхемы (внешняя кэш-память или кэш-память II уровня). Встроенная кэш-память (I уровня) в процессорах Pentium имеет объём около 16 Кбайт, время доступа - 5 - 10 нс, работает с 32-битными словами и при частотах 75 - 166 МГц обеспечивает пропускную способность от 300 до 667 Мбайт/с. внешняя кэш-память (II уровня) имеет объём 256 Кбайт - 1 Мбайт, время доступа 15 нс, работает с 64-битными словами при частоте 66 МГц обеспечивает максимальную пропускную способность 528 Мбайт/с