1. Запоминающие устройства ПК и их характеристики. Персональные компьютеры имеют четыре уровня памяти: микропроцессорная память (МПП);

регистровая кэш-память;

основная память (ОП);

внешняя память (ВЗУ).

К основным характеристикам относятся емкость и быстродействие

Таблица 6.1. Сравнительные характеристики запоминающих устройств

Тип памяти Емкость Быстродействие

МПП Десятки байтов t обр = 0,001-0,002 мкс

Кэш-память Сотни килобайтов t обр= 0,002-0,01 мкс

ОП ,в том числе:

ОЗУ Десятки-сотни мегабайтов t обр = 0,005-0,02 мкс

ПЗУ Сотни килобайтов t обр = 0,035-0,1 мкс

ВЗУ, в том числе :

НМД Десятки-сотни гигабайтов t дост =5-ЗОмс V счит = 500-3000 Кбайт/сНГМД Единицы мегабайтов t дост = 65-100 мс V счит = 40-150 Кбайт/с

CD-ROM Сотни-тысячи мегабайтов t дост = 50-300 мс

V счит = 150-5000 Кбайт/с

Быстродействие первых трех типов запоминающих устройств измеряется временем

обращения (t обр ) к- ним, а быстродействие внешних запоминающих устройств —

двумя параметрами: временем доступа (t дост) и скоростью считывания (V счит):t обр ~ сумма времени поиска, считывания и записи информации

t дост ~~ время поиска информации на носителе;

V счит — скорость последовательного считывания смежных байтов информации.

общепринятые сокращения: с — секунда, мс — миллисекунда, мкс —

микросекунда, нc — наносекунда; 1с = 10 ⁶ мс-= 10 ⁶мкс = 10 ⁹нс.

2. Статическая и динамическая память

Оперативная память может составляться из микросхем динамического (Dynamic

Random Access Memory — DRAM) или статического (Static Random Access

Memory — SRAM) типа.Память статического типа обладает существенно более высоким быстродейст-

вием, но значительно дороже DRAM. В статической памяти элементы (ячейки)

построены на различных вариантах триггеров — схем с двумя устойчивыми

состояниями. После записи бита в такую ячейку она может пребывать в этом

состоянии сколь угодно долго — необходимо только наличие питания. При обра-

щении к микросхеме статической памяти на нее подается полный адрес, который

при помощи внутреннего дешифратора преобразуется в сигналы выборки конкрет-

ных ячеек. Ячейки SRAM имеют малое время срабатывания (единицы наносе-

кунд), однако микросхемы на их основе отличаются низкой удельной емкостью

(единицы Мбит на корпус) и высоким энергопотреблением. Поэтому статиче-

ская память используется в основном в качестве микропроцессорной и буфер-

ной (кэш-память).В динамической памяти ячейки построены на основе полупроводниковых об-

ластей с накоплением зарядов — своеобразных конденсаторов, — занимающих

гораздо меньшую площадь, нежели триггеры, и практически не потребляющих

энергии при хранении. Конденсаторы расположены на пересечении вертикаль-

ных и горизонтальных шин матрицы; запись и считывание информации осуще-

ствляется подачей электрических импульсов по тем шинам матрицы, которые

соединены с элементами, принадлежащими выбранной ячейке памяти. При обра-

щении к микросхеме на ее входы вначале подается адрес строки матрицы, сопро-

вождаемый сигналом RAS (Row Address Strobe — строб адреса строки), затем

через некоторое время — адрес столбца, сопровождаемый сигналом С AS (Column

Address Strobe — строб адреса столбца). Поскольку конденсаторы постепенно

разряжаются (заряд сохраняется в ячейке в течение нескольких миллисекунд),

во избежание потери хранимой информации заряд в них необходимо постоянно

регенерировать, отсюда и название памяти — динамическая. На подзаряд тратит-

ся и энергия, и время, и это снижает производительность системы.

Ячейки динамической памяти по сравнению со статической имеют большее время

срабатывания (десятки наносекунд), но большую удельную плотность (порядка

десятков Мбит на корпус) и меньшее энергопотребление. Динамическая память

используется для построения оперативных запоминающих устройств основной памяти ПК.

3. Регистровая кэш-память.

Регистровая кэш-память — высокоскоростная память сравнительно большой

емкости, являющаяся буфером между ОП и МП и позволяющая увеличить

скорость выполнения операций. Регистры кэш-памяти недоступны для пользо-

вателя, отсюда и название кэш (cache), что в переводе с английского означает

«тайник».

В современных материнских платах применяется конвейерный кэш с блочным

доступом (Pipelined Burst Cache). В кэш-памяти хранятся копии блоков данных

тех областей оперативной памяти, к которым выполнялись последние обраще-

ния, и весьма вероятны обращения в ближайшие такты работы — быстрый до-

ступ к этим данным и позволяет сократить время выполнения очередных команд

программы. При выполнении программы данные, считанные из ОП с неболь-

шим опережением, записываются в кэш-память. В кэш-память записываются

и результаты операций, выполненных в МП.

По принципу записи результатов в оперативную память различают два типа

кэш-памяти: 1) в кэш-памяти «с обратной записью» результаты операций, прежде чем их записать в ОП, фиксируются, а затем контроллер кэш-памяти самостоятельно перезаписывает эти данные в ОП;

2) в кэш-памяти «со сквозной записью» результаты операций одновременно, параллельно записываются и в кэш-память, и в ОП.

Кэш-память бывает разных уровней:

Кэш-память L1 встраивается в основное ядро МП , начиная с МП 80486

У Pentium Pro и выше кроме кэш-памяти 1-го уровня есть и встроенная на микропроцессорную плату кэш-память 2-го уровня (L2) емкостью от 128 Кбайт до 2048 Кбайт. Эта встроенная кэш-память работает либо на полной тактовой частоте МП, либо на

его половинной тактовой частоте.Следует иметь в виду, что для всех МП может использоваться дополнительная

кэш-память 2-го (L2) или 3-го (L3) уровня, размещаемая на материнской плате

вне МП, емкость которой может достигать нескольких мегабайтов (кэш на MB

относится к уровню 3, если МП, установленный на этой плате, имеет кэш 2-го

уровня). Время обращения к кэш-памяти зависит от тактовой частоты, на кото-

рой кэш работает, и составляет обычно 1-2 такта. Время обращения к кэш-памяти зависит от тактовой частоты, на которой кэш работает, и составляет обычно 1-2 такта. Так, для кэш-памяти L1 МП Pentium характерно время обращения 2-5 не, для кэш-памяти L2 и L3 это время доходит до 10 нс. Пропускная способность кэш-памяти зависит и от времени об-

ращения, и от пропускной способности интерфейса и лежит в широких пределах

от 300 до 3000 Мбайт/с.

Использование кэш-памяти увеличивает производительность сис-

темы. Чем больше размер кэш-памяти, тем выше быстродействие, но эта зависи-

мость нелинейная. Для современных ПК рост производительности, как правило, практически прекращается после 1 Мбайт кэш-памяти L2. Создается кэш-память на основе микросхем статической памяти.