3. Статическая память.

Статическая память современного ПК представляет собой сверхоперативные ЗУ (СОЗУ), использующиеся для хранения неболь­ших объемов информации и имеющие значительно меньшее время (в 2-10 раз) считывания/записи, чем основная память.

Ячейкой в статической памяти является триггер — логический эле­мент с двумя устойчивыми состояниями, которые сохраняются до тех пор, пока подается питание. Как правило, он состоит из 4-6 транзис­торов.

Определение. ОЗУ, собранное на триггерах, называется статической памятью с произвольным доступом или просто статической памятью. Достоинство этого вида памяти — скорость. Поскольку триггеры собраны на т.н. вентилях, а время задержки вентиля очень мало, то и переключение состояния триггера происходит очень быстро. Данный вид памяти характеризуется технологическими сложностями изготовления: группа транзисторов, входящих в состав триггера, обходится дороже, чем один транзистор. Кроме того, группа транзисторов занимает гораздо больше места, поскольку между транзисторами, которые образуют триггер, должны быть созданы линии связи.

СОЗУ обычно стро­ятся на регистрах и регистровых структурах.

Регистр представляет собой электронное устройство, способное хранить занесенное в него число неограниченно долго (при включен­ном питании). Наибольшее распространение получили регистры на статических триггерах (Слайд 3).

По назначению регистры делятся на регистры хранения и регистры сдвига. Информация в регистры может заноситься и считываться либо параллельно, сразу всеми разрядами, либо последовательно, через один из крайних разрядов с последующим сдвигом занесенной информации.

Сдвиг записанной в регистр информации может производиться вправо или влево. Если регистр допускает сдвиг информации в лю­бом направлении, он называется реверсивным.

Регистры могут быть объединены в единую структуру. Возможности такой структуры определяются способом доступа и адресации регистров.

Если к любому регистру можно обратиться для записи/чтения по его адресу, такая регистровая структура образует СОЗУ с произволь­ным доступом.

Безадресные регистровые структуры могут образовывать два вида устройств памяти: магазинного типа и память с выборкой по содер­жанию (ассоциативные ЗУ).

Память магазинного типа образуется из последовательно соеди­ненных регистров (Слайд 4).

Если запись в регистровую структуру производит­ся через один регистр, а считывание - через другой, то такая память является аналогом линии задержки и работает по принципу «первым вошел - первым вышел» (first input, first output - FIFO).

Если же запись и чтение осуществляются через один и тот же ре­гистр такое устройство называется стековой памятью, работающей по принципу «первым вошел - последним вышел» (first input, last output - FILO).

Стековая память получила широкое распространение. Для ее реа­лизации в ЭВМ разработаны специальные микросхемы. Но часто ра­бота стековой памяти эмулируется в основной памяти ЭВМ: с помо­щью программ операционной системы выделяется часть памяти под стек (в IBM PC для этой цели выделяется 64 Кбайта).

Память с выборкой по содержанию является безадресной. Обращение к ней осуществляется по специальной маске, которая содержит поисковый образ. В микропроцессорах ассоциативные ЗУ используются в составе кэш-памяти для хранения адресной части команд и операндов исполняемой программы.

Кэш-память (Cache — запас) служит в каче­стве буферной памяти при обмене данными между процессором и оперативной (системной) памятью. Так как кэш организован на микросхемах типа SRAM (Static Random Access Memory — статическая память с произвольным доступом), которые работают примерно на порядок быстрее микросхем памяти типа DRAM, процессор обраба­тывает данные из кэш-памяти сразу, практически не тратя рабочие циклы на ожидание доступа.

Кэш-память может быть размещена в кристалле процессора (так называемая кэш-память I уровня) или выполнена в виде отдельной микросхемы или модуля, содержащего несколько микросхем (внешняя кэш-память или кэш-память II уровня).

Например, некоторые модели процессоров Intel и AMD имели кэш-память II уровня в ядре самого процессора. Поэтому кэш на системной плате в таких систе­мах относится уже к III уровню (Слайд 5).

Параметры работы кэш-памяти чрезвычайно сильно влияют на про­изводительность подсистемы памяти в целом. Кэш-память I уровня практически у всех ныне выпускаемых процессоров для IBM PC работает на частоте ядра.