Совершенствование архитектуры и технологии памяти

Способы увеличения производительности памяти

Канал между процессором и памятью является фактором, ограничивающим производительность компьютера, "бутылочным горлышком" (bottle neck) фон-неймановской архитектуры.

Существует два способа увеличения производительности любого тракта (даже обычной автомобильной дороги):

1. Увеличение ширины (разрядности шины).

2. Увеличение скорости (тактовой частоты).

Влияет на производительность также время доступа к памяти для чтения или записи.

Многоуровневая организация оперативной памяти

Важным способом увеличения производительности компьютера является многоуровневая организация оперативной памяти. Уровни выделяются по степени близости к ядру процессора, минимальное количество уровней — два:

1. Основная оперативная память — динамическая, менее дорогая и быстрая, более емкая.

2. Кэш-память (сверхоперативная память) — статическая, более дорогая и быстрая, менее емкая.

Существуют различные виды кэш-памяти, выделяемые по разным признакам. По признаку конструктивного исполнения (физической реализации) можно выделить:

1. Кэш-память в виде отдельных микросхем.

2. Кэш-память в одном корпусе с процессором, но на отдельном кристалле.

3. Кэш-память на одном кристалле с процессором.

Эти типы физической реализации, конечно, различаются архитектурными особенностями и другими характеристиками.

Кэш-память может быть разделена на уровни, которые также характеризуются увеличением производительности и уменьшением емкости по мере близости к ядру процессора.

В большинстве современных процессоров кэш-память находится на кристалле процессора и делится на два или три уровня, которые обозначаются L1, L2 и L3, соответственно.

Память MRAM

Наиболее новой и интересной памятью, сочетающей в себе свойства постоянной и оперативной памяти, является MRAM — память на основе магниторезистивных структур производства компании Freescale Semiconductor. Для хранения информации в MRAM используются магнитные моменты, как и в магнитных дисках. MRAM обладает энергонезависимостью при практически неограниченном количестве циклов и высокой скорости записи.

Первая микросхема MRAM MR2A16A (рис.) имеет объем 4 мегабита.

Рис. Выводы микросхемы MR2A16A

Основные параметры микросхемы MR2A16A

• объем памяти — 4 Мбит;

• число циклов чтения/записи — более10¹⁶;

• время чтения/записи/стирания — 35 нс;

• по-битовое стирание со скоростью до 28 Мбит/сек;

• организация памяти — 256 K x 16 бит;

• настраиваемая шина данных 8/16 бит;

• срок хранения информации более 10 лет;

• напряжение питания 3-3,6 В;

• совместимость по выводам с памятью SRAM;

УСТРОЙСТВА И ИНТЕРФЕЙСЫ ВВОДА-ВЫВОДА

Классификация устройств ввода-вывода

Основные признаки классификации и типы устройств ввода-вывода

Устройства ввода-вывода (УВВ) можно классифицировать следующим образом:

1. По направлению передачи информации:

   1. Устройства ввода (клавиатура, мышь, микрофон, датчики).

   2. Устройства вывода (монитор, проектор, колонки, исполнительные механизмы).

   3. Устройства ввода-вывода (накопители на магнитных дисках, лентах).

2. По источнику-назначению информации:

   1. Пользователь.

   2. Внешняя память.

   3. Другие компьютеры (коммуникационные устройства: сетевые платы, модемы, адаптеры ISDN, концентраторы, коммутаторы).

   4. Объект управления (устройства связи с объектом: датчики, преобразователи, исполнительные механизмы).

Классификация устройств взаимодействия пользователя с машиной

В свою очередь, устройства взаимодействия пользователя с машиной имеют различные признаки классификации и выделяемые по ним типы:

1. Интерактивность взаимодействия:

   1. Диалоговые средства (монитор, клавиатура, мышь, звуковые устройства).

   2. Недиалоговые средства (принтер, графопостроитель, сканер, дигитайзер, цифровые видеокамеры и фотоаппараты).

2. Используемые органы и системы человека:

   1. Зрение (монитор).

   2. Слух (звуковые устройства).

   3. Опорно-двигательный аппарат, осязание (клавиатура, мышь).

Видно, что диалоговые средства задействуют органы чувств непосредственно, тогда как недиалоговые — опосредованно, через промежуточные носители — бумагу, пленку и др. Видно также, что не задействованы вовсе такие органы чувств, как вкус и обоняние. Трудность в том, что здесь нужно генерировать определенные вещества (или соответствующие импульсы в мозге).

Классификация устройств внешней памяти

Устройства внешней памяти классифицируются в основном по типу носителя информации:

1. Магнитная лента (стриммер, магнитофон, видеомагнитофон).

2. Магнитный диск.

3. Оптический диск.

4. Магнитооптический диск.

5. Кристалл полупроводника.

Следует упомянуть также и о перфокартах. Хотя они сейчас практически уже не используются, но будучи бумажными важны в концептуальном плане как некий промежуточный тип между машинным и немашинным носителем информации.