55. Порівняння пристроїв керування з жорсткою логікою та пристроїв мікропрограмного керування.

Вище були розглянуті два основних методи побудови логіки формування сигналів керування. Перший з них, який одержав назву “жорсткої” або “запаяної” логіки, вира­жається в тому, що для кожної команди процесора існує набір логічних схем, які в по­трібних тактах збуджують відповідні сигнали керування. Другий метод, який називають принципом мікропрограмного керування, передбачає формування сигналів керування за вмістом регістра мікрокоманд, в який мікрокоманди записуються із пам’яті мікро- команд. Шляхом послідовного зчитування мікрокоманд із пам’яті в цей регістр орга­нізується потрібна послідовність сигналів керування. Завдяки тому, що мікрокоманди записуються до пам’яті, вміст якої при потребі можна частково, або повністю замінити, пристрої мікропрограмного керування мають наступні основні переваги в порівнянні з пристроями керування з жорсткою логікою:

• В них можна використовувати мікропрограми, які вже були відлагоджені та апро­бовані на інших комп’ютерах.

• Шляхом заміни мікропрограми в пам’яті мікрокоманд комп’ютер можна модифі­кувати з метою покращання технічних характеристик чи розширення функцій, і, тим самим, продовжити термін його використання.

• Можуть бути використані наробки мікропрограм в наступних поколіннях ком­п’ютерів однієї сім’ї.

• Мікропрограмування є простішим, ніж керування з жорсткою логікою, що спро­щує розробку пристрою керування.

• Простішим є обслуговування мікропрограмованих комп’ютерів та їх відлагоджен- ня завдяки простішій заміні мікрокоманд та мікропрограм.

В швидкодії мікропрограмне керування програє керуванню з “жорсткою” логікою. Тому, завдяки створенню мов опису апаратних засобів комп’ютера та потужних про­грамних засобів високорівневого проектування, пристрої керування з жорсткою логі­кою знайшли ширше застосування в сучасних комп’ютерах.

56 Ієрархічна організація пам'яті комп'ютера

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 Ігйеі.

Таблиця 10.1

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

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 (ЗЯАМ) і динамічної (БЯАМ) напівпровідникової пам’яті та дискової пам’яті, а також ємність основної та зовнішньої дискової пам’яті.

Таблиця 10.2

'Чч\Роки X ар акт еристики''	1980	1985	1990	1995	2000	2005	Ріп протжгем 2005- 1980
Ціна (5,МБ)	19200	2900	320	256	100	50	380 разів
Час доступу <кс)	300	130	35	15 '	2	0.5	300 разів
Ціна (5 МБ)	8000	880	100	30	1	0 1	80 000 разів
Час доступу (не)	375	200	100	70	50	30	12 разів
Типобии об’єм ОП на базі БЇІАМ(МБ)	0.064	0.256	4	16	64	25S	4 000 разів
Ціна (5 МБ)	500	100	8	0.3	0.05	0.01	5 000 разів
Час доступу (не)	300	150	35	15	2	0.5	300 разів
Типовий об’єм дискової пам’яті (МБ)	1	10	160	1000	9 000	S0000	80000 разів

ram

DRAM

DISC

Виходячи з наведених даних в табл. 10.1 та табл. 10.2, нарис. 10.2 показана зміна з ро­ками часу доступу до статичної Т та динамічної Т_0КАМ напівпровідникової та диско­вої Т_СІЖ пам’яті, а також тактової частоти роботи процесора Т_сиг 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 БРАМ, 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 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.