2018-02-14
1074
Кэш память = сверхоперативная память
Известно, что память ЭВМ предназначена для хранения программ и данных, причем эффективность работы ЭВМ во многом определяется характеристиками ее памяти. Во все времена к памяти предъявлялись три основных требования: большой объем, высокое быстродействие и низкая (умеренная) стоимость.
Все перечисленные выше требования к памяти являются взаимно-противоречивыми, поэтому пока невозможно реализовать один тип ЗУ, отвечающий всем названным требованиям. В современных ЭВМ организуют комплекс разнотипных ЗУ, взаимодействующих между собой и обеспечивающих приемлемые характеристики памяти ЭВМ для каждого конкретного применения.
I. Регистровая память – местная память процессора.
Отличительные черты:
1)Самая быстрая
2)Самое маленькое время доступа
3)Большая стоимость
4)Маленькая емкость
“регистры”(registers) – модули, построенные на триггерах.
Триггер - это устройство последовательного типа с двумя устойчивыми состояниями равновесия, предназначенное для записи и хранения информации. Под действием входных сигналов триггер может переключаться из одного устойчивого состояния в другое. При этом напряжение на его выходе скачкообразно изменяется. (вдруг спросит)
В регистрах хранятся операнды(числа(двоичные), которые процессор обрабатывает, при выполнении текущей команды)
или результаты их команд, которые выполняет процессор в текущем такте.
II. Сверхоперативная память
СОЗУ обладает максимальным быстродействием (равным процессорному), небольшим объемом (105 — 107 байтов) и располагается, как правило, на кристалле процессорной БИС. Для обращения к СОЗУ не требуются магистральные (машинные) циклы. В СОЗУ размещаются наиболее часто используемые на данном участке программы данные, а иногда — и фрагменты программы.
В вычислительных системах используют многоуровневый кэш
1. Кэш процессора 1го уровня (L1) — время доступа порядка нескольких тактов, размером в десятки килобайт
2. Кэш процессора 2го уровня (L2) — большее время доступа (от 2 до 10 раз медленнее L1), около полумегабайта или более
3. Кэш процессора 3го уровня (L3) — время доступа около сотни тактов, размером в несколько мегабайт (в массовых процессорах используется с недавнего времени)
В настольных системах обычно используется двухуровневый кэш,
в серверных - трехуровневый.
Кэш служит высокоскоростным буфером между ЦП и относительно медленной основной памятью.
III. Оперативная память
Служит для размещения туда программ целиком и сегментных данных, которые она использует. Связь между процессором и ОЗУ осуществляется по системному или специализированному интерфейсу и требует для своего осуществления машинных циклов
ОЗУ системы — время доступа от сотен до, возможно, тысячи тактов, но огромные размеры в несколько гигабайт, вплоть до десятков. Время доступа к ОЗУ может варьироваться для разных его частей в случае комплексов класса NUMA (с неоднородным доступом в память)
Организационные методы (сплошная и сегментированная) распределения памяти позволяют организовать вычислительную систему, в которой рабочее адресное пространство программы превышает размер фактически имеющейся в системе оперативной памяти, при этом недостаток оперативной памяти заполняется за счет внешней более медленной или более дешевой памяти (винчестер, флэш-память и т.п.) Такую концепцию называют виртуальной памятью.
IV. Внешняя память.
Информация, находящаяся в ВЗУ, не может быть непосредственно использована процессором. Для использования программ и данных, расположенных в ВЗУ, их необходимо предварительно переписать в ОЗУ. Процесс обмена информацией между ВЗУ и ОЗУ осуществляется средствами специального канала или (реже) — непосредственно под управлением процессора. Объем ВЗУ практически неограничен, а быстродействие на 3 — 6 порядков ниже процессорногo
Кроме реализации системы виртуальной памяти внешние ЗУ используются для долговременного хранения программ и данных в виде файлов. Большинство операционных систем (ОС) поддерживают многозадачность. Они последовательно переключают задачи одну на другую.В каждый момент времени процессор выполняет только одну задачу. В многопоточных процессорах одновременно могут выполняться несколько задач. ОС планирует какая из задач будет выполняться следующей, выбирает эту задачу и переключает контексты задач. Методы переключения зависят от стратегии, выбранной ОС.
19. Процессор ЭВМ. Его основные функциональные блоки (перечислите). Основная функция устройства управления памятью.
Любая вычислительная машина содержит в себе следующие функциональные блоки:
- арифметико-логическое устройство АЛУ;
- устройство управления УУ;
- различные виды памяти;
- устройства ввода информации
- устройства вывода информации.
функциональные блоки процессора — микропрограммное устройство, арифметическо-логическое устройство, регистры, устройства работы с шинами данных и команд.
УУ управляет работой всех устройств компьютера по заданной программе. УУ извлекает очередную команду из регистра команд, определяет, что надо делать с данными, а затем задает последовательность действий выполнения поставленной задачи.
