Уровни кэш памяти

В настоящее время кэш-память разделяется на несколько уровней, а количество уровней может достигать 3. Как правило, при переходе с меньшего уровня на больший уровень увеличивается объём памяти и уменьшается скорость доступа и передачи данных.

Таким образом, кэш-память уровня N+1 больше по размеру и медленнее по скорости доступа и передаче данных, чем кэш-память уровня N. Самой быстрой памятью является кэш первого уровня — L1-cache. По сути, она является неотъемлемой частью процессора, поскольку расположена на одном с ним кристалле. Кэш L1 обычно разделен на два КЭШа: кэш команд (инструкций) и кэш данных (так называемая гарвардская архитектура). L1 кэш работает на частоте процессора, и, в общем случае, обращение к нему может производиться каждый такт. Объём L1 обычно не превосходит 128 Кбайт.

L2-cache — кэш второго уровня, обычно расположен на кристалле, как и L1. В старых Объём L2 находится в диапазоне 128 Кбайт - 1−12 Мбайт. В многоядерных процессорах L2 является памятью раздельного пользования.

L3-cache, кэш третьего уровня наименее быстродействующий, но самая большая и может превышать 24 Мбайт. Хотя L3 кэш медленнее кэшей L1 и L2, но значительно быстрее, чем оперативная память.

Существует три варианта обмена информацией между кэш-памятью различных уровней, или, кэш-архитектуры: инклюзивная, эксклюзивная и неэксклюзивная.

Инклюзивная архитектура предполагает дублирование информации кэша верхнего уровня в нижнем (Intel).

Эксклюзивная кэш-память предполагает уникальность информации, находящейся в различных уровнях кэша (AMD).

В неэксклюзивной кэши могут вести произвольным образом.

Математический сопроцессор

Математический сопроцессор ‑ это специализированная интегральная микросхема, работающая во взаимодействии с центральным процессором для выполнения операций с плавающей точкой. Современные микропроцессоры могут обрабатывать целые числа разрядностью 8, 16 и 32 бита и с плавающей точкой разрядностью 32 и 64 бита.

Математический сопроцессор это дополнительный специальный процессор, позволяющий нарастить производительность центрального процессора. Работа математического сопроцессора определяется центральным процессором, который посылает ему на выполнение команды.

В персональных компьютерах первых поколений (i80386, i80486) математический сопроцессор устанавливался на материнскую плату в виде отдельной микросхемы. В настоящее время математический сопроцессор встроен в центральный процессор.

Математический сопроцессор не является обязательным элементом персонального компьютера

Внутренняя память

Внутренняя память включает постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) (ROM – Read Only Memory) и основную память (оперативная, RAM - Random Access Memory) или оперативное запоминающее устройство (ОЗУ);

Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) (англ.ROM, Read Only Memory) – энергонезависимое запоминающее устройство, реализованное в виде микросхемы и используемое для хранения данных, которые никогда не потребуют изменения: содержимое памяти «зашивается» в устройство при его изготовлении для постоянного хранения. Из ROM можно только считывать данные, однако, выборка информации из ячеек может осуществляться в любом порядке. Программы и данные, хранящиеся в ROM, предназначены для постоянного использования процессором.

Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) (RAM, Random Access Memory) ‑ энергозависимое запоминающее устройство с произвольным доступом. «Произвольный» в компьютерной технике означает наличие множества путей для доступа к данным как противоположность строго установленному порядку. При обработке информации процессором может произойти обращение к любой ячейке оперативной памяти, поэтому ее называют памятью с произвольным методом доступа. ОЗУ построено на модулях памяти SIMM или DIMM или DDR, различающихся по быстродействию и информационному объёму.

SIMM (small inline memory module) – одноразрядный модуль памяти, который использует 72 контакта для соединения с системной платой, рассчитанный на работу с 32-разрядными данными.

DIMM (dual inline memory module) – двухразрядный модуль памяти, который имеет 168 выходных контактов для соединения с системной платой, рассчитанный на работу с 64-разрядными данными.

DDR (Double Data Rate) емкость одного такого модуля может варьироваться в диапазоне от 64 Mb до 1 Gb.

В основной или оперативной памяти хранятся исполняемые программы и обрабатываемые данные. Содержимое основной памяти теряется при отключении питания, перезагрузки операционной системы. Вследствие этого возникает необходимость в средствах длительного хранения информации. В современных компьютерах чаще всего для длительного хранения информации использует магнитные диски различных типов и емкости. Содержимое внешней памяти может быть перенесено в основную память для выполнения конкретного задания. Когда одно задание выполнено, основная память может быть загружена новой порцией информации.