356

46. Чим відрізняються простий і складний пошуки інформації в пам'яті з асоціативним до­ступом?

47. Поясніть організацію роботи пам'яті з повним паралельним асоціативним доступом

48. Поясніть організацію роботи пам'яті з неповним паралельним асоціативним доступом

49. Поясніть організацію роботи пам'яті з послідовним асоціативним доступом

50. Поясніть організацію роботи пам'яті з частково асоціативним доступом

51. Які види запам ятовуючих пристроїв може містити основна пам'ять?

52. Охарактеризуйте можливі варіанти побудови блокової пам'яті

53. Які можливості по скороченню часу доступу до інформації надає блокова організація пам'яті?

54. Чим обумовлена ефективність розшарування пам яті?

55. Як здійснюється нарощування розрядності основної пам'яті?

56. Яка топологія запам ятовуючих елементів лежить в основі організації напівпровіднико­вих ЗП?

57. Яку мінімальну кількість ліній повинен містити стовпець МС пам яті?

58. Поясніть призначення керуючих сигналів в мікросхемі пам'яті

59. Чим обумовлена необхідність регенерації вмісту динамічних ОЗП?

60. Охарактеризуйте основні сфери застосування статичних і динамічних ОЗП

61. Який вид ПЗП має найвищу швидкість перепрограмування?

62. Як побудовано ПЗП, що запрограмований при виготовленні?

63. Як побудовано ПЗП, який одноразово запрограмований після виготовлення?

64. Приведіть структуру матриці одноразово програмованого ПЗП

65. Як побудовано багаторазово програмований ПЗП?

66. Назвіть типи багаторазово програмованих ПЗП

67. Як розміщена інформація на магнітному диску?

68. Назвіть типи сучасних дискових систем

69. Для чого використовуються масиви магнітних дисків з надлишковістю?

70. Поясніть роботу шести базових типів дискових масивів RAID: RAID 0, RAID 1,..., RAID 5 та дискових масивів, створених на їх основі

71. Назвіть типи оптичної пам яті

72. Як організована пам'ять на магнітних стрічках?

---

Розділ 10

Організація пам'яті

В комп'ютері використовується декілька різних типів пам'яті. Це пов'язано з тим, що неможливо одним типом пам'яті вирішити всі завдання, які стоять перед нею, в першу чергу забезпечити велику ємність та високу швидкодію. Разом з тим, постає завдання забезпечення ефективної взаємодії всіх типів пам'яті, щоб система пам'яті в цілому за­довольняла всі вимоги з боку інших вузлів комп'ютера. Як буде показано в даному розді­лі, це можливо здійснити завдяки використанню при побудові системи пам'яті підходу, відомого як принцип ієрархічної організації пам'яті.

Відповідно до цього принципу пам'ять комп'ютера будується на основі пристроїв пам'яті різних типів, які, залежно від характеристик, належать до певного рівня ієрархії. Пам'ять нижчого рівня має меншу ємність, швидша і має більшу вартість в перерахунку на біт, ніж пам'ять вищого рівня. Рівні ієрархії взаємозв'язані: всі дані на одному рівні можуть бути також знайдені на вищому рівні, і всі дані на цьому вищому рівні можуть бути знайдені на наступному вищому рівні і т. д. З рухом вверх по ієрархічній струк­турі зменшується співвідношення вартість/біт, зростає ємність та час доступу. Однак завдяки принципу локальності за зверненням з рухом вверх по ієрархічній структурі зменшується частота звернення до пам'яті з боку центрального процесора, що веде до зменшення загальної вартості при заданому рівні продуктивності.

Принципи забезпечення ефективної взаємодії між рівнями ієрархії пам'яті розгля­даються в даному розділі.

10.1. Ієрархічна організація пам'яті комп'ютера

10.1.1. Різниця між: продуктивністю процесора та пам'яті

Одним із вузьких місць комп'ютерів з архітектурою Джона фон Неймана є розрив в продуктивності процесора та пам'яті, причому цей розрив неухильно збільшується. Так, продуктивність процесора зростає вдвічі приблизно кожні 1,5 роки. В табл. 10.1 наведено ріст з роками тактової частоти роботи процесора на прикладі процесорів фірми Intel.

Таблиця 10.1

Роки	1980	1985	1990	1995	2000	2005	2005-1980
Тип процесора	8080	286	386	Pentium	Р-Ш	P-IV
Тактова частота (МГц)	1	6	20	150	750	3800	3800 разів
Час одного такту (нс)	1000	166	50	6	1.6	0.26	3800 разів

---

358

Разом з тим, для пам'яті приріст швидкодії не є таким високим, як у процесорів. В табл. 10.2 наведено зміну з роками ціни зберігання одного МБ інформації, часу досту­пу до статичної (SRAM) і динамічної (DRAM) напівпровідникової пам'яті та дискової пам'яті, а також ємність основної та зовнішньої дискової пам'яті.

Виходячи з наведених даних в табл. 10.1 та табл. 10.2, на рис. 10.2 показана зміна з ро­ками часу доступу до статичної Т_SRAM та динамічної T_DRAM напівпровідникової та диско­вої T_DISK пам'яті, а також тактової частоти роботи процесора T_cpu. Як видно з наведеного рисунку, існує значна різниця між тактовою частотою процесора і часом доступу до ди­намічної пам'яті. Причому з роками розрив у значеннях часових характеристик між про­цесором і динамічною напівпровідниковою пам'яттю та дисковою пам'яттю зростає.

Особливо важливим з точки зору архітектури комп'ютера є те, що зростає розрив між тактовою частотою процесора і часом доступу до динамічної напівпровідникової пам'яті DRAM, на основі якої будується основна пам'ять комп'ютера. Адже якраз між цими двома вузлами комп'ютера здійснюється основна частка обмінів інформацією. В той час, коли продуктивність процесора зростає щороку на 60 % (подвоєння за

---

359

1,5 року), ріст продуктивності динамічної напівпровідникової пам'яті не перевищує 9 % в рік (подвоєння за 10 років). Це виражається в збільшенні розриву в продуктивності між процесором і динамічною напівпровідниковою пам'яттю на 50 % в рік (рис. 10.3).

Разом з тим, з рис. 10.2 видно, що розрив з роками між продуктивністю процесора і статичної напівпровідникової пам'яті є незначним. Виглядає доцільним побудова осно­вної пам'яті комп'ютера на базі статичної напівпровідникової пам'яті. Однак це не так, оскільки, як видно з табл. 10.2, зберігання 1МБ інформації в такій пам'яті є приблизно в 100 разів дорожчим, аніж в динамічній напівпровідниковій пам'яті. Тому був знайде­ний наступний вихід з цієї ситуації - включення між основною пам'яттю комп'ютера і процесором додаткової швидкої пам'яті малої ємності, побудованої на основі статичної напівпровідникової пам'яті.

Іще більший розрив існує між продуктивністю зовнішньої дискової і динамічної на­півпровідникової пам'яті. Однак, як видно з табл. 10.2, вартість зберігання 1МБ інфор­мації в дисковій пам'яті приблизно в 20 разів менша, ніж в динамічній напівпровідни­ковій пам'яті. Крім того, вона забезпечує зберігання значно більших об'ємів інформації. Тому і тут виникає потреба пошуку механізму, який би забезпечив прискорення обміну між основною і зовнішньою пам'яттю.

10.1.2. Властивість локальності за зверненням до пам'яті

Якщо розглянути процес виконання більшості програм, то з дуже високою ймовір­ністю можна спрогнозувати, що адреса чергової команди програми або слідує безпо­середньо за адресою, за якою була зчитана поточна команда, або розташована поблизу неї. Таке розташування адрес називається просторовою локальністю команд програми. Аналогічно можна стверджувати і про дані, які, як правило, є структурованими і, за­звичай, зберігаються в послідовних комірках пам'яті. Дана особливість називається про­сторовою локальністю даних.

Крім того, програми містять безліч невеликих циклів і підпрограм. Це означає, що невеликі набори команд можуть багато разів повторюватися протягом деякого інтер­валу часу, тобто має місце часова локальність.

Таким чином, існує дві передбачувані властивості програм при зверненні до пам'яті:

---

360

• просторова локальність - якщо відбулося звернення до деякої комірки пам'яті, то з великою ймовірністю можна стверджувати, що в найближчий час відбудеться звер­нення до сусідньої комірки пам'яті;

• часова локальність - якщо відбулося звернення до деякої комірки пам'яті, то з великою ймовірністю можна стверджувати, що в найближчий час знову відбудеться звернення до тієї ж комірки пам'яті.

На рис. 10.4 наведено типовий розподіл звернень до пам'яті, який ілюструє наведену вище властивість часової та просторової локальності.

Обидва види локальності об'єднує поняття локальності за зверненням. Властивість локальності можна виразити в чисельній формі і представити у вигляді так званого пра­вила «90/10»: 90 % часу роботи програми пов'язано з доступом до 10 % адресного про­стору цієї програми.

З властивості локальності витікає, що програму розумно представити у вигляді по­слідовно оброблюваних фрагментів - компактних груп команд і даних. Поміщаючи такі фрагменти в швидшу пам'ять, можна істотно понизити загальні затримки на звернення до пам'яті, оскільки команди і дані, будучи один раз передані з повільного пристрою пам'яті в швидкий, потім можуть використовуватися багато разів, і середній час досту­пу до них в цьому випадку визначається вже швидшим пристроєм пам'яті. Це дозволяє зберігати великі програми і масиви даних на повільних, великої ємності, але дешевих пристроях пам'яті, а в процесі обробки активно використовувати швидку пам'ять по­рівняно невеликої ємності, збільшення якої пов'язане з великими витратами.

10.1.3. Принцип ієрархічної організації пам'яті

З проведеного вище аналізу можна зробити висновки про наступні фундаментальні та стабільні протягом тривалого часу властивості апаратних та програмних засобів су­часного комп'ютера:

■ чим менший час доступу до пам'яті, тим менша її ємність та вища вартість збері­
гання в ній одного біта інформації;

* чим більша ємність пам'яті, тим більший час доступу до неї та нижча вартість зберігання в ній одного біта інформації;

• існує значна різниця між продуктивністю процесора і основної пам'яті, а також між продуктивністю основної та зовнішньої пам'яті;

• комп'ютерні програми наділені властивістю локальності за зверненням до пам'яті.

---

Смотрите также файлы

• Екологія посібник.doc

• LR3_[5405].doc

• Питання до модуля 1 з АК.doc

• Питання до 1 модуля з КЕ.doc

• ДБН В.3.2-2-2009_Жил_здания_реконст_кап_ремонт.doc