29. Статична нам 'ять, її особливості, види.

Статична память (Static RAM -- SRAM) отримала свою назву через те, що кожен занесений до неї біт інформації може знаходитись там необмежений час без будь-якого поновлення. Єдиною умовою збереження інформації у статичних ЗП є постійна наявність електроживлення мікросхем памяті, тому вони, як і усі інші типи оперативної памяті, відносяться доенергозалежних пристроїв. При зникненні напруги живлення, уся інформація, що знаходилась у комірці такого типу памяті буде стерта.

Основою побудови статичних ЗП є простіші RS-тригери, реалізовані не у ТТЛ технології (яка є дуже енерговитратною) а у МОН. Наявність бістабільного елементу дозволяє приймати та видавати дані на відповідні шини компютеру у будь-який момент часу майже без затримки, тобто швидкодія таких ЗП є достатньо високою. Додаткова перевага статичних ОЗП полягає в тому, що при читанні інформація не руйнується, тобто не потрібно втрачати час на її відновлення на відміну від динамічних ОЗП.

Найбільш суттєвим недоліком таких ЗП є їх відносна складність у виготовленні, особливо коли мова йде про ЗП з великою інформаційною ємністю. Неважко підрахувати, що для виготовлення найпростішого тригеру потрібні принаймні два транзистори, декілька резисторів навантаження і хоча б два конденсатори (запамятовуючий елемент сучасної статичної памяті має принаймні шість транзисторів). Тому статичні ЗП у якості основного ОЗП не використовують. Але висока швидкодія цих ЗП дозволила використовувати їх у якості буферних пристроїв памяті. Головне завдання їх полягає у узгодженні між собою пристроїв ЕОМ, які мають суттєву різницю у швидкодії. До речі, пристрій памяті, які виконує таку функцію отримав назву кеш-памяті.

Схематичне зображення мікросхеми ОЗП інформаційною ємністю Nx8 ілюструє рис. 5. Такий ОЗП припускає читання/запис 8-розрядного коду. Для запису 0 або 1, що надходять на входи DIO₇- DIO₀, потрібно на адресні входи подати код адреси, а на входи CS і W/R відповідно сигнали дозволу і читання/запису (1/0). Подача пасивного рівня на вхід ОЕпереводить мікросхему у так званий високоімпедансний стан (третій стан), тобто відключає від інформаційного обміну по шині даних. Таким чином процесор може здійснити читання/запис інформації із статичного ОЗП за два такти, що і обумовлює високо швидкодію памяті цього типу ( цикл звертання -- одиниці нс).

Рис. 5. УГП восьмирозрядного ОЗП

Статичні ОЗП при невеликій інформаційній ємності будуються за структурою 2D, при великій -- 2DM )з використанням мультиплексора).

30. Постійно пам'ять, cmos палі'ять. Віртуальна пам'ять.

В момент включення комп'ютера в його оперативній пам'яті відсутні будь-які дані, оскільки оперативна пам'ять не може зберігати дані при вимкненому комп'ютері. Але процесору необхідні команди, в тому числі і відразу після включення. Тому процесор звертається за спеціальною стартовою адресою, яка йому завжди відома, за своєю першою командою. Ця адреса вказує на пам'ять, яку прийнято називати постійною пам'яттю ROM або постійним запам'ятовуючим пристроєм (ПЗП). Мікросхема ПЗП здатна тривалий час зберігати інформацію, навіть при вимкненому комп'ютері. Кажуть, що програми, які знаходяться в ПЗП, "зашиті" у ній - вони записуються туди на етапі виготовлення мікросхеми. Комплект програм, що знаходиться в ПЗП утворює базову систему введення/виведення BIOS (Basic Input Output System). Основне призначення цих програм полягає в тому, щоб перевірити склад та працездатність системи та забезпечити взаємодію з клавіатурою, монітором, жорсткими та гнучкими дисками. Комп'ютери IBM AT містять мікросхему годин реального часу.Крім годин реального часу ця мікросхема містить ще кілька десятків байт пам'яті з низьким енергоспоживанням. Ця пам'ять реалізована з використанням технології CMOS (Complement Metal Oxide Semiconductor - комплементарні пари метал-оксид-напівпровідник, вітчизняна абревіатура - КМОП). Завдяки низькому енергоспоживанню цієї пам'яті вона може тривалий час зберігати дані навіть при вимкненому живленні комп'ютера. Зазвичай на системній платі комп'ютер розташований невеликий акумулятор або батарейка, яка живить пам'ять CMOS при вимкненому живленні. У деяких випадках цей акумулятор розташований всередині мікросхеми, яка містить годинник реального часу і пам'ять CMOS. CMOS-пам'ять комп'ютерів IBM AT на базі процесорів 80286 зберігає відомості про конфігурацію комп'ютера, наприклад, тип підключеного вінчестера і дисководів для флоппі-дисків, обсяг оперативної пам'яті, поточну дату і час. Деякі комп'ютери IBM AT 286 мають розширену CMOS-пам'ять. У ній додатково може задаватися можливість перенесення частини функцій BIOS в оперативну пам'ять (так званий режим тіньової пам'яті) і деякі інші параметри. У комп'ютерах на базі процесорів 80386 і 80486 розмір CMOS-пам'яті значно більше. Там зберігається значення тактової частоти процесора, кількість тактів очікування при зверненні до оперативної пам'яті і інші значення, сильно впливають на продуктивність комп'ютера. Деякі комп'ютери зберігають в CMOS-пам'яті пароль, запитуваний відразу при включенні живлення. Задавши пароль ви можете обмежити доступ до комп'ютера. Вам треба бути дуже обережним при завданні пароля. У випадку, якщо ви його забудете вам доведеться повозитися, щоб завантажити комп'ютер. Для видалення пароля і для заповнення CMOS-пам'яті значеннями, прийнятими за замовчуванням (вони зберігаються в ПЗУ), можна вимкнути живлення (акумулятор) від мікросхеми годин, що містить CMOS-пам'ять. Однак якщо акумулятор розташований безпосередньо в мікросхемі годин, вам залишається тільки відправити комп'ютер в ремонт. Після зміни конфігурації комп'ютера (наприклад після заміни відеоадаптера або дисковода), для зміни поточної дати, часу, пароля необхідно оновити вміст CMOS-пам'яті. Для цього призначена спеціальна програма, часто звана SETUP-програмою або програмою установки конфігурації. SETUP-програма може запускатися при включенні комп'ютера (якщо натиснути певну клавішу, звичайно Del), або вона може поставлятися разом з комп'ютером на окремій дискеті у вигляді звичайної програми для MS-DOS. Більш докладно про CMOS-пам'яті і SETUP-програмі ви можете прочитати тільки в документації на материнську (основну) плату комп'ютера. Будете обережні при експериментах з вмістом CMOS-пам'яті.Змінюйте тільки ті параметри, про які маєте повне уявлення. Віртуальна пам'ять (англ. Virtual memory) - технологія управління пам'яттю ЕОМ, розроблена для багатозадачних операційних систем. При використанні даної технології для кожної програми використовуються незалежні схеми адресації пам'яті, які відображаються тим чи іншим способом на фізичні адреси в пам'яті ЕОМ. Дозволяє збільшити ефективність використання пам'яті декількома одночасно працюючими програмами, організувавши безліч незалежних адресних просторів (англ.), і забезпечити захист пам'яті між різними додатками. Також дозволяє програмісту використовувати більше пам'яті, ніж встановлено в комп'ютері, за рахунок відкачування невикористовуваних сторінок на вторинне сховище (див. Підкачка сторінок). При використанні віртуальної пам'яті спрощується програмування, так як програмісту більше не потрібно враховувати обмеженість пам'яті, або погоджувати використання пам'яті з іншими додатками. Для програми виглядає доступним і безперервним все допустиме адресний простір, незалежно від наявності в ЕОМ відповідного обсягу ОЗУ. Застосування механізму віртуальної пам'яті дозволяє: спростити адресацію пам'яті клієнтським програмним забезпеченням; раціонально управляти оперативною пам'яттю комп'ютера (зберігати в ній тільки активно використовуються області пам'яті); ізолювати процеси один від одного (процес вважає, що монопольно володіє всією пам'яттю). В даний час ця технологія має апаратну підтримку на всіх сучасних побутових процесорах. У той же час у вбудованих системах і в системах спеціального призначення, де потрібно або дуже швидка робота, або є обмеження на тривалість відгуку (системи реального часу) віртуальна пам'ять використовується відносно рідко. Також в таких системах рідше зустрічається багатозадачність і складні ієрархії пам'яті.

31. Кеш - пам 'ять, види, призначення, способи організації, структура.

Кеш - це пам'ять з більшою швидкістю доступу, призначена для прискорення доступу до Ваших даних, що містяться постійно в пам'яті з меншою швидкістю доступу (далі «основна пам'ять»).Кешування застосовується ЦПУ, жорсткими дисками, браузерами, веб-серверами, службами DNS і WINS. Кеш складається з набору записів. Кожен запис асоційована з елементом даних або блоком даних (невеликої частини даних), яка є копією елемента даних в основній пам'яті. Кожен запис має ідентифікатор, що визначає відповідність між елементами даних в кеші та їх копіями в основній пам'яті. Коли клієнт кешу (ЦПУ, веб-браузер, операційна система) звертається до даних, перш за все досліджується кеш. Якщо в кеші знайдена запис з ідентифікатором, що збігається з ідентифікатором викликаної елемента даних, то використовуються елементи даних в кеші. Такий випадок називається попаданням кеша. Якщо в кеші не знайдено запис, що містить викликана елемент даних, то він читається з основної пам'яті в кеш, і стає доступним для подальших звернень. Такий випадок називається промахом кеша. Відсоток звернень до кешу, коли в ньому знайдений результат, називається рівнем влучень або коефіцієнтом влучень в кеш. Наприклад, веб-браузер перевіряє локальний кеш на диску на наявність локальної копії веб-сторінки, відповідної запрошенням URL. У цьому прикладі URL - це ідентифікатор, а вміст веб-сторінки - це елементи даних. Якщо кеш обмежений в обсязі, то при промаху може бути прийнято рішення відкинути деяку запис для звільнення простору. Для вибору відкидаємо записи використовуються різні алгоритми витіснення. При модифікації елементів даних в кеші виконується їх оновлення в основній пам'яті. Затримка в часі між модифікацією даних в кеші і оновленням основної пам'яті управляється так званої політикою запису. У кеші з негайною записом кожну зміну викликає синхронне оновлення даних в основній пам'яті. У кеші з відкладеним записом (або зворотним записом) оновлення відбувається в разі витіснення елемента даних, періодично або за запитом клієнта. Для відстеження модифікованих елементів даних записи кеша зберігають ознака модифікації (змінений або «брудний»). Промах в кеші з відкладеним записом може зажадати два звернення до основної пам'яті: перше для запису замінних даних з кеша, друге для читання необхідного елемента даних. У випадку, якщо дані в основній пам'яті можуть бути змінені незалежно від кешу, то запис кешу може стати неактуальною.Протоколи взаємодії між кешами, які зберігають узгодженість даних, називають протоколами когерентності кеша. [Правити] Кеш центрального процесора Основна стаття: Кеш процесора Ряд моделей центральних процесорів (ЦП) володіють власним кешем, для того щоб мінімізувати доступ до оперативної пам'яті (ОЗУ), яка повільніше, ніж регістри. Кеш-пам'ять може давати значний виграш в продуктивності, у разі коли тактова частота ОЗУ значно менше тактової частоти ЦП. Тактова частота для кеш-пам'яті зазвичай ненабагато менше частоти ЦП. У процесорах з підтримкою віртуальної адресації часто вводять невеликий швидкодіючий буфер трансляцій адрес (TLB). Його швидкість важлива, тому що він опитується на кожному зверненні в пам'ять. [Правити] Рівні кешу Кеш центрального процесора розділений на декілька рівнів. В універсальному процесорі в даний час число рівнів може досягати 3. Кеш-пам'ять рівня N +1 як правило більше за розміром і повільніше по швидкості доступу та передачі даних, ніж кеш-пам'ять рівня N. Найшвидшою пам'яттю є кеш першого рівня - L1-cache. По суті, вона є невід'ємною частиною процесора, оскільки розташована на одному з ним кристалі і входить до складу функціональних блоків. У сучасних процесорах зазвичай кеш L1 розділений на два кешу, кеш команд (інструкцій) і кеш даних (Гарвардська архітектура). Більшість процесорів без L1 кешу не можуть функціонувати. L1 кеш працює на частоті процесора, і, в загальному випадку, звернення до нього може проводитися кожен такт. Найчастіше є можливим виконувати декілька операцій читання / запису одночасно. Латентність доступу зазвичай дорівнює 2-4 тактам ядра. Обсяг зазвичай невеликий - не більше 384 Кбайт. Другим за швидкодією є L2-cache - кеш другого рівня, зазвичай він розташований на кристалі, як і L1. У старих процесорах - набір мікросхем на системній платі. Обсяг L2 кеша від 128 Кбайт до 1-12 Мбайт. В сучасних багатоядерних процесорах кеш другого рівня, перебуваючи на тому ж кристалі, є пам'яттю роздільного користування - при загальному обсязі кеша в nM Мбайт на кожне ядро ​​доводиться по nM / nC Мбайта, де nC кількість ядер процесора. Зазвичай латентність L2 кешу, розташованого на кристалі ядра, становить від 8 до 20 тактів ядра. Кеш третього рівня найменш швидкодіючий, але він може бути дуже значного розміру - більше 24 Мбайт. L3 кеш повільніше попередніх кешей, але все одно значно швидше, ніж оперативна пам'ять. У багатопроцесорних системах знаходиться в загальному користуванні і призначений для синхронізації даних різних L2. Іноді існує і 4 рівень кеша, звичайно він розташований в окремій мікросхемі. Застосування кеша 4 рівня виправдане тільки для високо продуктивних серверів і мейнфреймів. Проблема синхронізації між різними кешами (як одного, так і безлічі процесорів) вирішується когерентністю кеша. Існує три варіанти обміну інформацією між кеш-пам'яттю різних рівнів, або, як кажуть, кеш-архітектури: інклюзивна, ексклюзивна і неексклюзивну. Інклюзивна архітектура передбачає дублювання інформації кешу верхнього рівня в нижньому (воліє фірма Intel). Ексклюзивна кеш-пам'ять припускає унікальність інформації, що знаходиться в різних рівнях кешу (воліє фірма AMD). В неексклюзивної кеші можуть вести себе як завгодно.