
- •Основы аппаратной и логической организации процессорных систем.
- •Основные понятия и определения. Классификация.
- •Показатели производительности.
- •Логическая структура процессора.
- •Системные ресурсы.
- •Р аспределение памяти.
- •Пространство ввода-вывода.
- •Аппаратные прерывания.
- •Режим прямого доступа к памяти.
- •Взаимодействие программ с периферийными устройствами.
- •Распределение системных ресурсов. Спецификация PnP.
- •Системная плата.
- •Чипсет.
- •Процессоры.
- •Архитектура процессора. Параллельная обработка информации.
- •Суперскалярная архитектура.
- •Параллельные вычисления.
- •Зависимость по данным.
- •Архитектура рс совместимых процессоров.
- •Архитектура 32-х разрядных процессоров. Основные характеристики.
- •Защищенный режим.
- •Архитектура памяти.
- •Принципы кэширования.
- •Кэш прямого отображения.
- •Наборно-ассоциативный кэш.
- •Ассоциативный кэш.
- •Шины расширения.
- •Внешние интерфейсы.
Архитектура памяти.
Принципы кэширования.
Память реализуется на относительно медленной динамической памяти DRAM, обращение к которой может приводить к появлению тактов ожидания (wait states). Компромиссом для построения экономически производственных систем является иерархический способ организации оперативной памяти.
Статическая память – это Кэш память (тайный склад). Для программ процесс кэширования является прозрачным. Кэш – это дополнительная быстродействующая память, хранящая копии блоков информации из основной памяти, вероятность обращения к которым достаточно велика. Кэшировать может не вся память доступная процессору. При обращении к Кэш памяти контроллер по каталогу проверяет присутствует ли действительная копия данных в КЭШе (valid - действительность).
Если данные присутствуют, то такой случай называют кэш попадание (cache hit), если данных нет – КЭШ промах (cache miss). В соответствии с алгоритмом кэширования блок данных из основной памяти замещает один блок кэш памяти. От такого алгоритма замещения зависит процесс кэш попаданий и следовательно эффект кэширования.
В современной системе используется 3 типа архитектуры Кэш памяти:
Кэш прямого отображения
Наборно-ассоциативный кэш
Полностью ассоциативный кэш
Уровни кэш памяти:
1L – встраивается в процессор
2L – является внешним
3L – располагается на системной плате.
Кэш контроллер должен обеспечивать когерентность или согласованность данных кэш всех уровней с данными основной памяти.
Существует 2 политики записи из кэш памяти в основную:
1. Сквозная запись (write through) – выполнение каждой операции записи одновременно и в Кэш и в основную память.
«+»: простая реализация, легко обеспечивает целостность данных, не нужно хранить признаки действительности и модифицированности.
Признак модифицированности указывает на то, что данные требуют выгрузки в основную память, строка отмеченная как грязная «dirty». Копия есть отмеченная как чистая «clear».
«-»: низкая эффективность, т.к. процессору приходится ждать записи в основную память.
Существуют варианты этого алгоритма с применением «отложенной буферированной записи» (данные в основную память переписываются через FIFO буфер во время свободных тактов шины).
2. Обратная запись (write back) – данные из кэш в основную память записываются только после заполнения кэш памяти.
«+»: уменьшается количество операций записи на шине основной памяти эффективный алгоритм.
«-»: более сложная реализация, поддержка системной платой кэширования с обратной записью требует обработки дополнительных интерфейсных сигналов для обработки признака модифицированной строки, если к этим данным обращаются другие процессоры, графические адаптеры и другие.
В пространстве памяти имеются области, в которых кэширование принципиально недопустимо (неразделяемая память адаптеров). Аппаратно внешние схемы могут управлять кэшированием для каждого конкретного адреса обращения физической памяти.