- •1 Основные характеристики и области применения эвм различных классов 2
- •2 Архитектурные особенности и организация функционирования вычислительных машин различных классов 37
- •Архитектура системы команд. Архитектуры cisc и risc.
- •Классификация компьютеров по областям применения
- •Иформационно-логические основы вычислительных машин их функциональная и структурная организация
- •Процессоры
- •Cisc-процессоры ПроцессорыIntel8086
- •ПроцессорыPentium
- •ПроцессорыPentium4
- •Risc-процессоры Особенности процессоров с архитектурой sparc
- •Процессоры SuperSparc
- •ПроцессорыHyperSparc
- •Иерархия памяти, кэш-память
- •Виртуальная память
- •Физическая организация памяти
- •Внешняя память
- •Дисковая память
- •Память на гибких магнитных дисках
- •Память на жестких магнитных дисках
- •Кэширование диска
- •Основные стадии выполнения команды. Рабочий цикл процессора
- •Организация прерываний в эвм
- •Каналы и интерфейсы ввода вывода
- •Обзор интерфейсов ввода вывода
- •Характеристики современных интерфейсов ввода-вывода
- •Периферийные устройства
- •Печатающие устройства (принтеры)
- •Матричные принтеры
- •Струнные принтеры
- •Лазерные иLed-принтеры
- •Принтеры с термопереносом восковой мастики
- •Принтеры с термосублимацией красителя
- •Принтеры с изменением фазы красителя
- •Плоттеры
- •Протоколы
- •Сканеры
- •Видеосистема
- •Видеоадаптеры
- •Мониторы
- •Общие параметры видеосистемы
- •Программное обеспечение
- •Классификация программного обеспечения (по)
- •Операционные системы
- •Архитектурные особенности и организация функционирования вычислительных машин различных классов
- •Классификация вычислительных систем
- •Многомашинные и многопроцессорные вычислительные системы
- •Многомашинные вычислительные системы
- •Многопроцессорные вычислительные системы
- •Типовые вычислительные структуры и программное обеспечение
- •Системы с конвейерной обработкой данных
- •Матричные вычислительные системы
- •Ассоциативные вычислительные системы
- •Принципы векторной обработки
- •Сети эвм.
- •Общие понятия. Классификация.
- •Лвс и компоненты лвс
- •Локальная вычислительная сеть
- •Основные компоненты вычислительной сети
- •Рабочая станция
- •Сетевое оборудование
- •Сетевая операционная система
- •Сетевое программное обеспечение
- •Глобальная вычислительная сетьInternet
- •Интернет – сеть виртуальных сетей
- •Каналы связи
- •Литература
Иерархия памяти, кэш-память
Память вычислительной системы представляет собой иерархию запоминающих устройств (внутренние регистры процессора, различные типы сверхоперативной и оперативной памяти, диски, ленты), отличающихся объемом, средним временем доступа и стоимостью хранения данных в расчете на один бит.
Например:
Регистровая память – емкость 64-256 слов, время доступа – 1такт процессора.
КЭШ первого уровня или внутренний КЭШ – емкость 8kслов, время доступа – 1-2 такта процессора.
КЭШ второго уровня или внешний КЭШ – емкость 256kслов, время доступа – 3-5 тактов процессора.
ОЗУ – емкость до 4Г слов, время доступа – 12-55 тактов процессора,
Внешняя память – емкость до 200Г, время доступа значительно ниже.
Таким образом, в основе иерархии памяти современных вычислительных систем лежит принцип «стоимость/производительность», т.е. с увеличением производительности возрастает и стоимость памяти, при этом пользователь всегда стремится иметь недорогую и быструю память. Кэш-память представляет некоторое решение этой проблемы.
Кэш-память – это способ организации совместного функционирования двух типов ЗУ, отличающихся временем доступа и стоимостью хранения данных, который позволяет уменьшить среднее время доступа к данным за счет динамического копирования в «быстрое» ЗУ наиболее часто используемой информации из «медленного» ЗУ.
Кэш-памятью часто называют не только способ организации работы двух типов запоминающих устройств, но и одно из устройств – «быстрое» ЗУ. Оно стоит дороже и, как правило, имеет сравнительно небольшой объем. Важно, что механизм кэш-памяти является прозрачным для пользователя, который не должен сообщать никакой информации об интенсивности использования данных и не должен никак участвовать в перемещении данных из ЗУ одного типа в ЗУ другого типа, все это делается автоматически системными средствами.
Таким образом, иерархия памяти вычислительной системы может быть схематично изображена, как это показано на рисунке 2.10.
Рис. 2.10. Иерархия ЗУ
В системах, оснащенных кэш-памятью, каждый запрос к «медленному» ЗУ выполняется в соответствии со следующим алгоритмом:
Просматривается содержимое кэш-памяти с целью определения, не находятся ли нужные данные в ней;
Если данные обнаруживаются в кэш-памяти, то они считываются из нее, и результат передается в процессор в более «быстрое» ЗУ
Если нужных данных нет, то они копируются из «медленного» ЗУ в кэш-память, и результат выполнения запроса передается в «быстрое» ЗУ. При копировании данных может оказаться, что в кэш-памяти нет свободного места, тогда выбираются данные, к которым в последний период было меньше всего обращений, для вытеснения из кэш-памяти. Если вытесняемые данные были модифицированы за время нахождения в кэш-памяти, то они переписываются в оперативную память. Если же эти данные не были модифицированы, то их место в кэш-памяти объявляется свободным.
На практике в кэш-память считывается не один элемент данных, к которому произошло обращение, а целый блок данных, это увеличивает вероятность так называемого «попадания в кэш», то есть нахождения нужных данных в кэш-памяти.
Принцип действия кэш-памяти основан на наличии у данных объективных свойств: пространственной и временной локальности.
Пространственная локальностьсостоит в следующем – если произошло обращение по некоторому адресу, то с высокой степенью вероятности в ближайшее время произойдет обращение к соседним адресам.
Временная локальностьсостоит в следующем – если произошло обращение по некоторому адресу, то следующее обращение по этому же адресу с большой вероятностью произойдет в ближайшее время.