5.4. Организация связи оп с процессором

Максимальный размер оперативной памяти, который может использоваться процессором, оп­ределяется разрядностью его шин адреса и данных. Если разрядность шины адреса процессора - n бит, а шины данных - k бит, то максимальный размер памяти составляет 2ⁿ k-разрядных слов. За один шинный цикл обращения к памяти в процессор пересылается k бит данных. Поэтому процессор с 16-разрядной шиной адреса, может адресовать память объемом до 2¹⁶ - 64К k-разрядных слов, процессор, генерирующий 32-раз­рядные адреса, может использовать память объемом до 2³² = 4Г k-разрядных слов, а для процессоров с 40-разрядными адресами доступна память объемом до 2⁴⁰ = 1Т единиц памяти.

Кроме шин адреса и данных для обмена информацией процессора и памяти используется шина управления. В простейшем случае она должна содержать линию для управления типом передачи данных: чтение или запись - Чт/Зп (Read/Write# - R/W#), которая часто дополняется линией готовности памяти к обмену (RDY или REDY). Могут использоваться и другие линии, с помощью которых, например, задается количество пересылаемых за один шинный цикл байт данных. Соединение процессора и ОП схематически показано на рисунке 5.2.

Рис. 5.2. Организация связи ОП с процессором

Чтобы считать данные из ОП, процессор сначала выставляет адрес на шину адреса и устанавливает (с некоторой задержкой) линию R/W# в состояние “Лог. 1”. В ответ память помещает содержимое адресованной ячейки на линии данных и сообщает об этом процессору активизацией сигнала RDY. После получе­ния сигнала RDY k-разрядное слово с шины данных вводится в процессор.

Для того чтобы записать данные в память, процессор выставляет адрес на ША, а данные- на ШД после чего устанавливает линию R/W# в состояние “Лог. 0” (знак # показывает, что активным уровнем сигнала W является “Лог. 0” или низкий уровень), указывая таким образом, что выполняется операция записи в память.

Если в операциях чтения (записи) производится обращение по последовательным ад­ресам ОП, может быть выполнена операция блочной (пакетной) пересылки, при которой за один шинный цикл осуществляется пересылка нескольких (обычно 4-х) k-разрядных слов. При пакетных передачах повышается скорость обмена, при этом можно ограничиться выдачей на ША только адреса первого слова пакета.

5.5. Ассоциативные зу

В современных вычислительных системах широко используются операция поиска информации. При использовании обычной памяти с адресным принципом доступа к данным эта операция занимает много времени, поскольку операнды считываются из памяти поочередно (последовательно), после чего над каждым операндом производится операция сравнения. Это обстоятельство является фактором, увеличивающим время поиска. Решение проблемы заключается в том, чтобы эти операции выполнялись одновременно (параллельно). Принцип ассоциативного поиска поясняет рисунок 5.3.

Рис.5.3. Принцип ассоциативного поиска информации

С целью ускорения поиска данных используется адресация по содержанию, которая осуществляется путем одновременного доступа ко всем ячейкам памяти. Сущность принципа адресации по содержанию заключается в следующем (см. рис. 5.3). Имеется массив данных емкостью N слов. Требуется найти в массиве все слова, которые начинаются с символа "А" и кончаются символом "Н". В этом случае аргументом поиска (ключевым словом) является слово А***Н, где значком * отмечены разряды, не влияющие на результат поиска. Запоминающий массив на аппаратном уровне строится таким образом, что бы на выходе ячеек памяти, содержимое которых совпадает со значением поступившего аргумента поиска, появлялся сигнал - указатель совпадений. В дальнейшем по выработанным сигналам выполняется выборка содержимого тех ячеек памяти, в которых произошло совпадение.

В виду высокой стоимости и сложности технической реализации такого способа адресации, ассоциативная память используется не везде, а в технически обоснованных случаях, например, в устройствах буферизации данных при выполнении обменных операций (в КЭШ - памяти и подобных устройствах). Кроме того, существуют специальные ассоциативные процессоры (сопроцессоры) где аппаратно реализуются операции свертки, поиска, сортировки, часто встречающиеся в программах пользователя или операционной системы.

В параллельных ассоциативных ЗУ (АЗУ) процесс поиска данных по содержанию организуется следующим образом. Каждая ячейка модуля памяти АЗУ обеспечивает выполнение функций приема, хранения данных, сравнения хранимой информации с аргументом поиска и выработку сигналов о результате сравнения. Модуль памяти АЗУ организован таким образом, что на каждом такте работы аргумент поиска поступает параллельно во все ячейки памяти. В результате в модуле памяти АЗУ выполняется массовая операция сравнения содержимого ячеек памяти с аргументом поиска и установка - сигналов указателей о совпадении на выходе.