- •Организация эвм
- •1. Принципы джона фон нейман. Поколения эвм
- •1.1. Принципы Джона фон Нейман
- •1.2. Поколения эвм: от ламп к интегральным микросхемам
- •1.2.1. Первое поколение эвм (1948 — 1958гг.)
- •1.2.2. Второе поколение эвм (1959 — 1967 гг.)
- •1.2.3. Третье поколение эвм (1968 — 1973 гг.)
- •Четвертое и пятое поколения эвм (1974 — настоящее время)
- •2. Архитектура технических средств
- •2.1.Микропроцессор
- •2. Краткие сведения об остальных компонентах компьютера
- •2.3. Функциональное назначение
- •2.4. Использование разъемов расширения
- •2.5. Совместимость блоков расширения
- •3. Классификация компьютеров по областям применения
- •3.1. Персональные компьютеры и рабочие станции
- •3.3. Серверы
- •3.4. Мейнфреймы
- •3.5. Кластерные архитектуры
- •4. Система прерываний
- •4.1. Общие сведения
- •4.2. Обработка прерываний.
- •4.3. Программирование контроллера прерываний
- •4.4. Обработка прерываний в реальном режиме
- •5. Иерархия памяти
- •5.1. Организация кэш-памяти
- •5.1.1. Где может размещаться блок в кэш-памяти?
- •5.1.2. Как найти блок, находящийся в кэш-памяти?
- •5.1.3. Какой блок кэш-памяти должен быть замещен при промахе?
- •5.1.4. Что происходит во время записи?
- •5.2.2. Развитие оперативной памяти
- •5.2.3. Установка оперативной памяти
- •5.3. Виртуальная память и организация защиты памяти
- •5.3.1. Концепция виртуальной памяти
- •5.3.2. Страничная организация памяти
- •5.3.3 Сегментация памяти
- •6. Организация ввода/вывода
- •6.1. Системные и локальные шины
- •6.2. Стандарты шин
- •6.3. Устройства ввода/вывода
- •6.3.1. Магнитные и магнитооптические диски
- •6.3.2. Дисковые массивы и уровни raid
- •6.3.3. Устройства архивирования информации
- •7. Многопроцессорные и многомашинные системы
- •7.1. Классификация эвм параллельной обработки
- •7.2. Модели связи и архитектуры памяти
- •8. Конвейерная обработка
- •8.1. Параллелизм и конвейеризация
- •8.2. Оценка производительности идеального конвейера
- •8.3. Конфликты в конвейере и способы минимизации их влияния на производительность процессора
- •8.3.1. Структурные конфликты
- •8.3.2. Конфликты по управлению
- •8.3.3. Конфликты по данным
- •9. Периферийные устройства
- •9.1. Принтеры
- •9.2. Мыши
- •9.3. Модемы
- •9.4. Сканеры
- •9.5. Накопители на жестких магнитных дисках
- •9.6. Накопители на гибких магнитных дисках
- •9.7. Накопители на компакт-дисках
- •9.8. Магнитооптические диски
- •9.9. Стримеры
- •9.10. Дигитайзеры
- •9.11. Плоттеры
- •9.12 Видеобластеры
- •9.13. Звуковые платы
- •9.14. Акустические системы
- •9.15. Трекболы
- •9.16 Джойстики
- •9.17. Источники бесперебойного питания.
- •Оглавление
5. Иерархия памяти
В основе реализации иерархии памяти современных компьютеров лежат два принципа: принцип локальности обращений и соотношение стоимость/производительность.
Принцип локальности обращений говорит о том, что большинство программ к счастью не выполняют обращений ко всем своим командам и данным равновероятно, а оказывают предпочтение некоторой части своего адресного пространства.
Иерархия памяти современных компьютеров строится на нескольких уровнях, причем более высокий уровень меньше по объему, быстрее и имеет большую стоимость в пересчете на байт, чем более низкий уровень. Уровни иерархии взаимосвязаны: все данные на одном уровне могут быть также найдены на более низком уровне, и все данные на этом более низком уровне могут быть найдены на следующем нижележащем уровне и так далее, пока мы не достигнем основания иерархии.
Иерархия памяти обычно состоит из многих уровней, но в каждый момент времени мы имеем дело только с двумя близлежащими уровнями. Минимальная единица информации, которая может либо присутствовать, либо отсутствовать в двухуровневой иерархии, называется блоком. Размер блока может быть либо фиксированным, либо переменным. Если этот размер зафиксирован, то объем памяти является кратным размеру блока.
Успешное или неуспешное обращение к более высокому уровню называются соответственно попаданием или промахом.
Попадание – есть обращение к объекту в памяти, который найден на более высоком уровне, в то время как промах означает, что он не найден на этом уровне.
Поскольку повышение производительности является главной причиной появления иерархии памяти, частота попаданий и промахов является важной характеристикой. Время обращения при попадании есть время обращения к более высокому уровню иерархии, которое включает в себя, в частности, и время, необходимое для определения того, является ли обращение попаданием или промахом. Потери на промах есть время для замещения блока в более высоком уровне на блок из более низкого уровня плюс время для пересылки этого блока в требуемое устройство (обычно в процессор). Потери на промах далее включают в себя две компоненты: время доступа – время обращения к первому слову блока при промахе, и время пересылки – дополнительное время для пересылки оставшихся слов блока. Время доступа связано с задержкой памяти более низкого уровня, в то время как время пересылки связано с полосой пропускания канала между устройствами памяти двух смежных уровней.
Чтобы описать некоторый уровень иерархии памяти надо ответить на следующие четыре вопроса.
1) Где может размещаться блок на верхнем уровне иерархии? (размещение блока).
2) Как найти блок, когда он находится на верхнем уровне? (идентификация блока).
3) Какой блок должен быть замещен в случае промаха? (замещение блоков).
4) Что происходит во время записи? (стратегия записи).
5.1. Организация кэш-памяти
Cегодня кэш-память имеется практически в любом компьютере. Как правило, конструктивно современная кэш-память неотделима от процессора
5.1.1. Где может размещаться блок в кэш-памяти?
Принципы размещения блоков в кэш-памяти определяют три основных типа их организации.
1) Если каждый блок основной памяти имеет только одно фиксированное место, на котором он может появиться в кэш-памяти, то такая кэш-память называется кэшем с прямым отображением. Это наиболее простая организация кэш-памяти, при которой для отображения адресов блоков основной памяти на адреса кэш-памяти просто используются младшие разряды адреса блока.
2) Если некоторый блок основной памяти может располагаться на любом месте кэш-памяти, то кэш называется полностью ассоциативным.
3) Если некоторый блок основной памяти может располагаться на ограниченном множестве мест в кэш-памяти, то кэш называется множественно-ассоциативным.
В современных процессорах как правило используется либо кэш-память с прямым отображением, либо двух- (четырех-) канальная множественно-ассоциативная кэш-память.