Подсистема памяти

Организация подсистемы памяти существенным образом влияет на производительность вычислительной машины. В памяти хранятся команды, выполняемой команды и операнды. Если цикл работы памяти превышает цикл работы процессора, то последний вынужден простаивать в ожидании следующей команды или операнда. Поскольку с увеличением объемов памяти увеличивается цикл ее работы, а с использованием быстродействующей памяти существенно увеличивается ее цена, то в компьютерах в качестве компромиссного решения применяется многоуровневая организация памяти, когда в самом процессоре находится регистровая или сверхоперативная кэш-память небольшого объема, а следующими уровнями является оперативная и дисковая память, при этом каждая из них может также строится по многоуровневому принципу.

Организация многоуровневой памяти основывается на принципах локальностей обращений в нее процессора, т.е. на том, что большинство программ выполняет обращение к командам и данным не равновероятно по всему объему памяти, а в ограниченном диапазоне адресов. Тогда блок памяти с адресами которого в данный момент работает процессор можно поместить в быстродействующую кэш-память, если происходит обращение к следующему уровню памяти и из нее загружается новый блок команд и данных. Чем больше объем памяти определенного уровня, тем больше вероятность, что необходимые команды и данные будут находиться вне них. Что бы повысить эффективность, использую кэш-память, в ней хранят содержимое нескольких блоков адресов. В этом случае при необходимости загрузки нового блока сначала для него освобождают место, т.е. на более низкий уровень памяти загружается как правило блок, который дольше всего не используется, а на его место загружается новый.

Примерно такой механизм взаимодействия реализуется между всеми уровнями памяти. При любой организации памяти производительность процессора в значительной степени определяется временными характеристиками оперативной памяти. Оперативная память при наличие кэш-памяти должна как можно быстрее удовлетворять ее запросы, и при ее отсутствии работать не медленнее процессора. По этой причине, даже при наличие сверхоперативной памяти используют различные методы повышения ее пропускной способности.

Подсистема ввода/вывода

Подсистема ввода/вывода компьютера обеспечивает обмен данными с устройствами, являющимися внешними по отношению к процессору и оперативной памяти. Это могут быть как устройства, установленные в одном корпусе с процессором (например, дисковые массивы памяти), так и в различной степени удаленные. Особенно высокие требования предъявляются к системам ввода/вывода компьютеров, работающих в многопользовательском режиме, таких как различного типа мэйнфрэймы, кластеры и т.д.

Зачастую производительность таких компонентов в большей степени определяется организацией подсистемы ввода/вывода, а не быстродействием процессоров.