1.4 Обсяг модулів пам'яті
Обсяг і швидкодія модуля пам'яті звичайно вказуються на корпусі мікросхеми. Наприклад, на чіпові ємністю 256 Кб зі швидкодією 150 нс повинно бути промислове маркірування, найменування чи яка-небудь інша інформація, з цифрами 25615. Число 15 показує швидкодія 150 нс (нуль завжди опускається). Чіп, що має ємність 1 Мб і швидкодію 100 нс, маркірується 102410.
Мікросхеми звичайно організовані в групи чи ряди по 9 штук. Зайвий дев'ятий модуль використовується для контролю парності. Цей модуль перевіряє і контролює цілісність інформації в пам'яті в процесі роботи. Як правило, тип цього модуля збігається з іншими вісьма, що входять у групу. Системи компанії Macintosh такий модуль не застосовують.
Оперативна пам'ять у моделях XT і перших 286 звичайно розташовувалася в одному з кутів материнської плати. Як пам'ять використовувалися мікросхеми типу DIP. На більшості плат перші два банки (0 і 1) заповнювалися чіпами по 256 Кб, що складало 512 Кб, а наступні два банки (2 і 3) заповнювалися чіпами по 64 Кб, що в сумі давало ще 128 Кб. Таким чином, загальний обсяг пам'яті досягав 640 Кб.
Досить часто в пepшиx комп'ютерах 286 і 386 моделей усі 4 банки були заповнені мікросхемами типу DIP ємністю по 256 Кб. Загальний обсяг пам'яті в цьому випадку складав 1 Мб. Незважаючи на те, що 286 комп'ютер дозволяв при наявності спеціального програмного забезпечення адресувати 16 Мб, більшості рядових користувачів було достатньо 640 Кб. Зайві 384 Кб могли застосовуватися для виводу на друк з попереднім підкачуванням і реалізації інших можливостей. Однак це можна було робити при наявності додаткової пам'яті і відповідного програмного забезпечення.
До появи системи Windows 95, встановлюваної на комп'ютери моделей 386, 486 і Pentium, користувачі могли працювати з 640 Кб пам'яті, і тільки спеціальне програмне забезпечення могло реалізувати всі переваги додаткової пам'яті.
1.5 Кеш-пам'ять першого і другого рівня
Як правило, при виконанні прикладної програми процесор часто звертається до визначеної області пам'яті, багаторазово її використовуючи. Щоб підвищити продуктивність комп'ютера і забезпечити швидкий доступ до даних, була розроблена так звана кеш-пам'ять, де зберігаються дані, до яких часто відбувається звертання. Кеш-пам'ять звичайно реалізується на швидкодіючих чіпах (таких, як SRAM).
Комп'ютер буде працювати набагато повільніше, якщо щораз для пошуку потрібних даних він буде звертатися до зовнішньої пам'яті. Якщо часто використовувана інформація буде зберігатися в кеш-пам'яті, це значно прискорить доступ до неї. Добра кеш-пам'ять може істотно підвищити швидкодію комп'ютера.
Процесори Pentium мають вбудовану кеш-пам'ять першого рівня (L1) обсягом 16 Кб, за рахунок чого значно підвищується продуктивність роботи системи, але швидка кеш-пам'ять другого рівня (L2) може ще більше збільшити швидкодію. По характеристиках мікросхеми SRAM чудово підходять для використанні в системах кеш-пам'яті.
Добре спроектована система кеш-пам'яті повинна забезпечувати значення так званого рівня влучень (hit rate) більш 90%. Це означає, що щоразу, коли процесору потрібен визначений блок даних, він з великою ймовірністю зможе знайти його в кеш-пам'яті. При гарній організації кеш-пам'яті можна значно підвищити швидкодію всієї системи.
Кеш-пам'ять першого рівня (L1) – це пам'ять, вбудована в плату процесора. Першим процесором із внутрішньою кеш-пам'яттю рівня L1 був процесор 486. Фірма Intel розробила кеш-пам'ять обсягом 8 Кб, що розміщалася на 1,2 млн. транзисторів процесора. У моделі 486DX4 і у всіх процесорах класу Pentium обсяг кеш-пам'яті рівня L1 був збільшений до 16 Кб. Кеш першого рівня дозволяє процесору одержувати доступ до часто використовуваних областей пам'яті без звертання до оперативної пам'яті. Внаслідок близького розташування і високої швидкодії транзисторів, швидкість роботи кеш-пам'яті L1 така ж, як і швидкість роботи процесора. Багато CPU взаємодіють із зовнішніми пристроями в три рази повільніше, ніж виконують внутрішні операції. Моделі процесорів 486 і Pentium використовують також кеш-пам'ять другого рівня (L2) чи, так звану, зовнішню кеш-пам'ять. Вона складається зі швидкодіючих мікросхем SRAM, розташованих на системній платі.
Рис. 5. Структура кеш-пам’яті з секторним розподіленням
Необхідно ще раз наголосити на тому, що потрібно деякий час для передачі даних по шині від процесора до кеш-пам'яті, побудованої на мікросхемах SRAM. Передача інформації здійснюється на частоті роботи шини з зовнішніми пристроями. У Pentium II фахівці вирішили цю проблему, створивши кеш-пам'ять рівня L2 у тому ж самому корпусі, що і процесор. Ця пам'ять розташована дуже близько до CPU і взаємодіє з ним на внутрішній частоті роботи процесора через дуже коротку спеціальну шину чи 64-бітний інтерфейс. Кеш-пам'ять рівня L2 має обсяг 256 Кб чи 512 Кб. Кеш-пам'ять, побудована на мікросхемах типу SRAM, є швидкодіючою, але для її реалізації потрібна велика кількість транзисторів. Для подання кожного біта SRAM потрібно 6 транзисторів, отже, для встановлення кеш-пам'яті обсягом 256 Кб буде потрібно близько 15,5 млн. транзисторів, а для 512 Кб - 31 млн. (У мікросхемах DRAM для подання кожного біта необхідний один транзистор, тому для 256 Кб потрібно 2,6 млн. транзисторів, а для 512 Кб – 5,2 млн.)
Процесор 486 має кеш-пам'ять обсягом 8 Кб, виконану у виді мікросхеми, процесори 486DX4 і Pentium мають дві кеш-пам'яті по 8 Кб. Вбудована кеш-пам'ять дозволяє досягти рівня влучень, рівного 90%. У комп'ютері 486DX4 є математичний співпроцесор, реалізований на основі 1,2 млн. транзисторів, що підвищує продуктивність комп'ютера. Модель 486SX не має математичного співпроцесора.