ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 24.12.2021
Просмотров: 6811
Скачиваний: 22
326
9.3.3. Пам'ять з неповним паралельним асоціативним доступом
Другий тип організації пам'яті з асоціативним доступом - пам'ять з неповним паралельним асоціативним доступом. В цій пам'яті проводиться послідовна обробка розрядів слів. Тут логічні операції порівняння визначені тільки для одного або декількох розрядів ознак даних, а не для всіх розрядів одночасно, як це є в пам'яті з повним паралельним асоціативним доступом. Наприклад, якщо порівняння визначені тільки для одного розряду ознак даних, і потрібно здійснити пошук даних, ознаки яких займають розряди 0-20, то спочатку потрібно сформувати команду для одночасного порівняння лише одного 0-го біту в кожному записі, потім 1-го, і т. д. Пам'ять даного типу має подібну загальну структуру до попередньої з тією відмінністю, що операції в пам'яті здійснюються у вигляді циклів операцій над окремими розрядами і тривалість операцій пропорційна довжині поля ознаки, яке аналізується. Комірка даної пам'яті зображена на рис. 9.18.
Прикладом пам'яті з неповним паралельним асоціативним доступом, в якій здійснюється послідовна обробка розрядів, може бути пам'ять системи STARAN.
9.3.4. Пам'ять з послідовним асоціативним доступом
Третій тип організації пам'яті з асоціативним доступом - пам'ять з послідовним асоціативним доступом. Тут логічні операції порівняння виконуються лише над одним словом. Доступ до даних при цьому здійснюється послідовним застосуванням логічних операцій до окремих слів, які зберігаються в пам'яті. Загальна структура такої пам'яті зображена на рис. 9.19. Оскільки при послідовній обробці слів такі властивості асоціативної пам'яті як одночасність операцій та майже не залежна від числа регістрів пам'яті тривалість пошуку відсутні, така пам'ять не в повній мірі відповідає поняттю пам'ятті з асоціативним доступом.
327
9.3.5. Пам'ять з частково асоціативним доступом
Четвертий тип організації пам'яті з асоціативним доступом - пам'ять із частково асоціативним доступом. Всі слова цієї пам'яті формуються в п груп. Кожна група слів обробляється паралельно з усіма іншими групами елементів шляхом послідовного переходу від одного слова групи до іншого. Отже, потрібні засоби, які дозволяють послідовно вибирати слова із груп для застосування до них заданих логічних операцій. Оскільки слова в групах вибираються послідовно, то можна обмежитись використанням пристроїв пам'яті з послідовним доступом взамін більш дорогих пристроїв пам'яті з асоціативним доступом. Загальна структура пам'яті з частково асоціативним доступом подана на рис. 9.20.
328
9.4. Основна пам'ять
9.4.1. Структура основної пам'яті
До комірок основної пам'яті (ОП) центральний процесор може звертатися безпосередньо, як і до регістрів регістрового файла. Інформація, що зберігається у зовнішній пам'яті, стає доступною процесору тільки після того, як буде переписана в основну пам'ять. Основну пам'ять будують як пам'ять з довільним доступом. Така пам'ять представляє собою масив комірок, а "довільний доступ" означає, що звернення до будь-якої комірки займає один і той же час і може проводитися у довільній послідовності. Кожна комірка містить фіксоване число запам'ятовуючих елементів і має унікальну адресу. Це дозволяє розрізняти комірки при зверненні до них для виконання операцій запису і зчитування (рис. 9.21).
Раніше ОП комп'ютерів будувалась на феромагнітних кільцях. В сучасних комп'ютерах основна пам'ять будується на напівпровідникових мікросхемах.
У напівпровідникових мікросхемах застосовуються елементи пам'яті на основі: біполярних транзисторів; які мають структуру "метал-окисел-напівпровідник" (МОГІ); "ме-тал-нітрид-окисел-напівпровідник" (МНОП); а також на основі пристроїв із зарядовим зв'язком (ПЗС); транзисторів МОП з ізольованим затвором і ін.
Основна пам'ять може включати два типи пристроїв: оперативні запам'ятовуючі пристрої (ОЗП) і постійні запам'ятовуючі пристрої (ПЗП).
Основну частину основної пам'яті утворює ОЗП, який називають оперативним, тому що він допускає як запис, так і зчитування інформації, причому обидві операції виконуються подібним чином та практично за той же час. У англомовній літературі ОЗП відповідає абревіатура RAM - Random Access Memory, тобто "пам'ять з довільним доступом", що не зовсім коректно, оскільки пам'яттю з довільним доступом є також ПЗП і регістровий файл процесора. Для більшості типів напівпровідникових ОЗП характерна енергозалеж-ність - навіть при короткочасному перериванні живлення інформація, що зберігається в цій пам'яті, втрачається. Тому мікросхема ОЗП повинна бути постійно підключеною до джерела живлення, а ця пам'ять може використовуватися тільки як тимчасова пам'ять.
Другу групу напівпровідникових пристроїв основної пам'яті утворюють мікросхеми ПЗП (ROM — Read-Only Memory). ПЗП забезпечує зчитування інформації, але не допускає її зміни (у ряді випадків інформація в ПЗП може бути змінена, але цей процес суттєво відрізняється від зчитування і вимагає значно більшого часу).
329
9.4.2. Нарощування розрядності основної пам'яті
Розглянемо як здійснюється нарощування розрядності основної пам'яті при її побудові на основі мікросхем. Коли розрядність комірок у мікросхемі є меншою від розрядності слів комп'ютера, виникає необхідність об'єднання декількох мікросхем пам'яті.
Нарощування розрядності основної пам'яті реалізується шляхом об'єднання адресних входів окремих мікросхем пам'яті. Якщо об'єднати інформаційні входи і виходи п мікросхем (МС , МС ,..., МС ), кожна з яких має 2m однорозрядних комірок, з входами і виходами пам'яті відповідно до рис. 9.22, то отримається пам'ять збільшеної розряднос ті. Одержану сукупність мікросхем називають модулем пам'яті. Модулем можна вважати і одну мікросхему, якщо вона вже має потрібну розрядність.
Тут позначення сигналів CS та WE означає відповідно вибірку кристала (Cristal Select) та дозвіл запису (Write Enable).
9.4.3. Нарощування ємності основної пам'яті
Ємність основної пам'яті сучасних комп'ютерів є настільки великою, що її не можна реалізувати на базі однієї мікросхеми. Для отримання необхідної ємності потрібно певним чином об'єднати декілька модулів пам'яті меншої ємності. У загальному випадку основна пам'ять комп'ютера практично завжди має блокову структуру, тобто містить декілька модулів.
При використанні блокової структури пам'яті, що складається з S модулів, адреса комірки перетвориться в пару (р, г), де р - номер модуля, г - адреса комірки всередині модуля. Відомі три схеми розподілу розрядів адреси А між р та г.
В блоковій схемі розподілу розрядів адреси (рис 9.23) номер модуля р визначають старші k розрядів адреси, які поступають на входи вибору модуля CS (Chip Select).
330
Адресний простір пам'яті розбитий на групи послідовних адрес, і кожна така група забезпечується окремим модулем пам'яті. Для звернення до основної пам'яті використовується n-розрядна адреса (n = m + k), m молодших розрядів якої (Аm-1 - А0 ) поступають паралельно до регістра адреси РгА всіх модулів пам'яті (МП) і вибирають в кожному з них одну комірку. Старші k розрядів адреси (Аn-1 - Аm) містять номер модуля. У функціональному відношенні така пам'ять може розглядатися як єдина, ємність якої рівна сумарній ємності складових, а швидкодія - швидкодії окремого модуля.
В циклічній схемі розподілу розрядів адреси (рис. 9.24) номер р (р = 0,1,..., S-1) модуля визначають k молодших розрядів адреси.
Адресний простір цієї пам'яті, як і адресний простір пам'яті з блоковою схемою розподілу розрядів адреси, розбитий на групи послідовних адрес, і кожна така група забезпечується окремим модулем пам'яті. Для звернення до основної пам'яті використовується n-розрядна адреса (n = m + k), m старших розрядів якої (Аn-1 - Ак) поступають паралельно до регістра адреси РгА всіх модулів пам'яті (МП) і вибирають в кожному з них одну комірку. Молодші k розрядів адреси (Ак-1 - А0 ) містять номер модуля. У функціональному відношенні така пам'ять може розглядатися як єдина, ємність якої рівна сумарній ємності складових, а швидкодія - швидкодії окремого модуля.
Блоково-циклічна схема розподілу розрядів адреси є комбінацією двох попередніх схем.
9.4.4. Розшарування пам'яті
Крім придатності до нарощування ємності, блокова побудова пам'яті має іще одну перевагу - дозволяє скоротити час доступу до інформації. Це можливо завдяки потенційному паралелізму, властивому блоковій організації, який дозволяє досягти меншого часу доступу до інформації за рахунок паралельної роботи багатьох модулів пам'яті. Одну з використовуваних для цього методик називають розшаруванням пам'яті. У її основі лежить так зване чергування адрес, що полягає в зміні системи розподілу адрес між модулями пам'яті.
Прийом чергування адрес базується на такій властивості програм, як локальність за зверненням, згідно з якою послідовний доступ до пам'яті зазвичай проводиться до комірок, що мають суміжні адреси. Іншими словами, якщо в даний момент виконується звернення до комірки з адресою 7, то наступне звернення, найімовірніше, буде здійснюватись до комірки з адресою 8, пізніше 9 і т. д. Структура пристрою пам'яті, в якому використано чергування адрес з метою прискорення доступу до даних, наведена на рис. 9.25.