ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 25.12.2021
Просмотров: 5277
Скачиваний: 8
196 Глава 4. Организация шин
3. Что такое транзакция, из каких этапов она состоит?
4. В чем заключается основное различие между ведущими и ведомыми устрой-
ствами?
5. Что такое широковещательный режим записи?
6. Какие шины в составе ВМ образуют иерархию шин?
7. Какие параметры определяют механические аспекты шины?
8. Каким образом устройства подключаются к линиям шины?
9. Что такое перекос сигналов и каковы методы компенсации этого эффекта?
10. Определите понятия «драйвер шины», «приемник», «трансивер».
11. Поясните причины возникновения переходной помехи.
12. Как в шинах организуется система заземления?
13. Что такре «широковещательный опрос» и как он реализуется?
14. Какая характеристика вычислительной машины зависит от ширины адресной
шины?
15. В чем заключаются основные преимущества и недостатки мультиплексирова-
ния адреса и данных?
16. Какие группы сигнальных линий образуют шину управления?
17. Определите задачи арбитража шин.
18. Перечислите и охарактеризуйте схемы динамической смены приоритетов.
19. Сформулируйте преимущества и недостатки централизованного и децентра-
лизованного арбитража.
20. Чем определяются приоритеты устройств при цепочечном арбитраже?
21. Поясните схему арбитража Тауба.
22. Какими способами организуются опросные виды арбитража?
23. Каким образом выполняются транзакции в шинах с синхронным протоколом?
24. Поясните последовательность действий в процедуре квитирования установле-
ния связи.
25. Какие средства обеспечивают исключение бесконечного ожидания ответа
в асинхронном протоколе?
26. Для каких шин наиболее характерен пакетный режим передачи информации?
27. В чем суть и достоинства конвейеризации транзакций?
28. Какие дополнительные преимущества предоставляет расщепление транзакций?
29. Какими средствами можно увеличить полосу пропускания шины?
30. Перечислите способы ускорения транзакций на шине.
31. Какие приемы обеспечивают повышение эффективности шин с множеством ве-
дущих?
32. Охарактеризуйте средства повышения надежности шин.
Глава 5
Память
В любой ВМ, вне зависимости от ее архитектуры, программы и данные хранятся
в памяти. Функции памяти обеспечиваются запоминающими устройствами (ЗУ),
предназначенными для фиксации, хранения и выдачи информации в процессе ра-
боты ВМ. Процесс фиксации информации в ЗУ называется
записью,
процесс вы-
дачи информации —
чтением
или
считыванием,
а совместно их определяют как
процессы обращения
к ЗУ.
Характеристики систем памяти
Перечень основных характеристик, которые необходимо учитывать, рассматривая
конкретный вид ЗУ, включает в себя:
• месторасположения;
• емкость;
• единицу пересылки;
• метод доступа;
• быстродействие;
• физический тип;
• физические особенности;
•
с
тоимость.
По месту расположения
ЗУ разделяют на процессорные, внутренние и внешние.
Наиболее скоростные виды памяти (регистры, кэш-память первого уровня) обычно
размещают на общем кристалле с центральным процессором, а регистры общего
назначения вообще считаются частью ЦП. Вторую группу (внутреннюю память)
образуют ЗУ, расположенные на системной плате. К внутренней памяти относят
основную память, а также кэш-память второго и последующих уровней (кэш-па-
мять второго уровня может также размещаться на кристалле процессора). Мед-
ленные ЗУ большой емкости (магнитные и оптические диски, магнитные ленты)
называют внешней памятью, поскольку к ядру ВМ они подключаются аналогично
устройствам ввода/вывода.
198 Глава 5. Память
Емкость
ЗУ характеризуют числом битов либо байтов, которое может хранить-
ся в запоминающем устройстве. На практике применяются более крупные едини-
цы, а для их обозначения к словам «бит» или «байт» добавляют приставки: кило,
мега, гига, тера, пета, экза (kilo, mega, giga, tera, peta, еxa). Стандартно эти пристав-
ки означают умножение основной единицы измерений на 10
3
,10
6
, 10
9
, 10
12
, 10
15
и
10
18
соответственно. В вычислительной технике, ориентированной на двоичную
систему счисления, они соответствуют значениям достаточно близким к стандар-
тным, но представляющим собой целую степень числа 2, то есть 2
10
, 2
20
, 2
30
,2
40
,2
50
,
2
60
. Во избежание разночтений, в последнее время ведущие международные орга-
низации по стандартизации, например IEEE (Institute of Electrical and Electronics
Engineers), предлагают ввести новые обозначения, добавив к основной приставке
слово binary (бинарный): kilobinary, megabinary, gigabinary, terabinary, petabinary,
exabinary. В результате вместо термина «килобайт» предлагается термин «киби-
байт», вместо «мегабайт» — «мебибайт» и т. д. Для обозначения новых единиц пред-
лагаются сокращения: Ki, Mi, Gi, Ti, Pi и Ei [133].
Важной характеристикой ЗУ является
единица пересылки.
Для основной памя-
ти (ОП) единица пересылки определяется шириной шины данных, то есть коли-
чеством битов, передаваемых по линиям шины параллельно. Обычно единица пе-
ресылки равна длине слова, но не обязательно. Применительно к внешней памяти
данные часто передаются единицами, превышающими размер слова, и такие еди-
ницы называются
блоками.
При оценке быстродействия необходимо учитывать применяемый в данном типе
ЗУ метод доступа
к данным. Различают четыре основных метода доступа:
•
Последовательный доступ.
ЗУ с последовательным доступом ориентировано
на хранение информации в виде последовательности блоков данных, называе-
мых записями. Для доступа к нужному элементу (слову или байту) необходи-
мо прочитать все предшествующие ему данные. Время доступа зависит от
положения требуемой записи в последовательности записей на носителе ин-
формации и позиции элемента внутри данной записи. Примером может слу-
жить ЗУ на магнитной ленте.
•
Прямой доступ.
Каждая запись имеет уникальный адрес, отражающий ее фи-
зическое размещение на носителе информации. Обращение осуществляется
как
адресный доступ к началу записи, с последующим последовательным досту-
пом к определенной единице информации внутри записи. В результате время
доступа к определенной позиции является величиной переменной. Такой ре-
жим характерен для магнитных дисков.
•
Произвольный доступ.
Каждая ячейка памяти имеет уникальный физический
адрес. Обращение к любой ячейке занимает одно и то же время и может произ-
водиться в произвольной очередности. Примером могут служить запоминаю-
щие устройства основной памяти.
•
Ассоциативный доступ.
Этот вид доступа позволяет выполнять поиск ячеек,
содержащих такую информацию, в которой значение отдельных битов совпа-
дает с состоянием одноименных битов в заданном образце. Сравнение осуще-
ствляется параллельно для всех ячеек памяти, независимо от ее емкости. По
ассоциативному принципу построены некоторые блоки кэш-памяти.
Иерархия запоминающих устройств 199
Быстродействие
ЗУ является одним из важнейших его показателей. Для коли-
чественной оценки быстродействия обычно используют три параметра:
•
Время доступа
(Т
д
). Для памяти с произвольным доступом оно соответствует
интервалу времени от момента поступления адреса до момента, когда данные
заносятся в память или становятся доступными. В ЗУ с подвижным носителем
информации — это время, затрачиваемое на установку головки записи/считы-
вания (или носителя) в нужную позицию.
•
Длительность цикла памяти
или
период обращения
(Т
ц
). Понятие применяет-
ся к памяти с произвольным доступом, для которой оно означает минимальное
время между двумя последовательными обращениями к памяти. Период обра-
щения включает в себя время доступа плюс некоторое дополнительное время.
Дополнительное время может требоваться для затухания сигналов на линиях,
а в некоторых типах ЗУ, где считывание информации приводит к ее разруше-
нию, — для восстановления считанной информации.
•
Скорость передачи.
Это скорость, с которой данные могут передаваться в па-
мять или из нее. Для памяти с произвольным доступом она равна 1/Т
ц
. Для
других видов памяти скорость передачи определяется соотношением:
где
T
N
—
среднее время считывания или записи
N
битов;
Т
A
— среднее время
доступа;
R —
скорость пересылки в битах в секунду.
Говоря о
физическом типе
запоминающего устройства, необходимо упомянуть
три наиболее распространенных технологии ЗУ — это полупроводниковая память,
память с магнитным носителем информации, используемая в магнитных дисках
и лентах, и память с оптическим носителем — оптические диски.
В зависимости от примененной технологии следует учитывать и ряд
физичес-
ких особенностей
ЗУ, например энергозависимость. В энергозависимой памяти
информация может быть искажена или потеряна при отключении источника пи-
тания. В энергонезависимых ЗУ записанная информация сохраняется и при от-
ключении питающего напряжения. Магнитная и оптическая память — энергоне-
зависимы. Полупроводниковая память может быть как энергозависимой, так и нет,
в зависимости от ее типа. Помимо энергозависимости нужно учитывать, приводит
ли считывание информации к ее разрушению.
Стоимость
ЗУ принято оценивать отношением общей стоимости ЗУ к его ем-
кости в битах, то есть стоимостью хранения одного бита информации.
Иерархия запоминающих устройств
Память часто называют «узким местом» фон-неймановских ВМ из-за ее серьезного
отставания по быстродействию от процессоров, причем разрыв этот неуклонно уве-
личивается. Так, если производительность процессоров ежегодно возрастает вдвое
примерно каждые 1,5 года, то для микросхем памяти прирост быстродействия не пре-
вышает 9% в год (удвоение за 10 лет), что выражается в увеличении разрыва в быст-
родействии между процессором и памятью приблизительно на 50% в год.
2 0 0 Глава 5. Память
Если проанализировать используемые в настоящее время типы ЗУ, выявляется
следующая закономерность:
• чем меньше время доступа, тем выше стоимость хранения бита;
• чем больше емкость, тем ниже стоимость хранения бита, но больше время дос-
тупа.
При создании системы памяти постоянно приходится решать задачу обеспече-
ния требуемой емкости и высокого быстродействия за приемлемую цену. Наибо-
лее распространенным подходом здесь является построение системы памяти ВМ
по иерархическому принципу.
Иерархическая память
состоит из ЗУ различных
типов (рис. 5.1), которые, в зависимости от характеристик, относят к определен-
ному уровню иерархии. Более высокий уровень меньше по емкости, быстрее и имеет
большую стоимость в пересчете на бит, чем более низкий уровень. Уровни иерар-
хии взаимосвязаны: все данные на одном уровне могут быть также найдены на бо-
лее низком уровне, и все данные на этом более низком уровне могут быть найдены
на следующем нижележащем уровне и т. д.
о
Рис.
5 . 1 . Иерархия запоминающих устройств
Четыре верхних уровня иерархии образуют
внутреннюю память
ВМ, а все ниж-
ние уровни — это
внешняя
или
вторичная
память. По мере движения вниз по иерар-
хической структуре: