4.4. Запоминающие устройства пк
• Регистровая КЭШ-память
• Основная память
• Внешняя память
я Сравнительные характеристики
запоминающих устройств •
РЕГИСТРОВАЯ КЭШ-ПАМЯТЬ
Регистровая КЭШ-память — высокоскоростная память сравнительно бс емкости, являющаяся буфером между ОП и МП и позволяющая увеличить скорость i нения операций. Создавать ее целесообразно в ПК с тактовой частотой задающего rei
4.4. ЗАПОМИНАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА ПК
pa40 МГц и более. Регистры КЭШ-памяти недоступны для пользователя, отсюда и название КЭШ (Cache),в переводе с английского означает "тайник".
В КЭШ-памяти хранятся данные, которые МП получил и будет использовать в ближайшие такты своей работы. Быстрый доступ к этим данным и позволяет сократить время выполнения очередных команд программы. При выполнении программы данные, считанные из ОП с небольшим опережением, записываются в КЭШ-память.
По принципу записи результатов различают два типа КЭШ-памяти:
КЭШ-память "с обратной записью" —результаты операций прежде, чем их записать в ОП, фиксируются в КЭШ-памяти, а затем контроллер КЭШ-памяти самостоятельно перезаписывает эти данные в ОП;
КЭШ-память "со сквозной записью" —результаты операций одновременно, параллельно записываются и в КЭШ-память, и в ОП.
Микропроцессоры начиная от МП 80486 имеют свою встроенную КЭШ-память (илиКЭШ-память 1-го уровня),чем, в частности, и обусловливается их высокая производительность. Микропроцессоры Pentiumи Pentium Proимеют КЭШ-память отдельно для данных и отдельно для команд, причем если у Pentiumемкость этой памяти небольшая — по 8 Кбайт, то у Pentium Proона достигает 256 - 512 Кбайт.
Следует иметь в виду, что для всех МП может использоваться дополнительная КЭШ-память (КЭШ-память 2-го уровня),размещаемая на материнской плате вне МП, емкость которой может достигать нескольких мегабайтов.
Примечание. Оперативная память может строиться на микросхемах динамического (Dinamic Random Access Memory — DRAM) или статического (Static Random Access Memory — SRAM) типа. Статический тип памяти обладает существенно более высоким быстродействием, но значительно дороже динами-• ческого. Для регистровой памяти (МПП и КЭШ-память) используются SRAM, а ОЗУ основной памяти строится на базе DRAM-микросхем.
ОСНОВНАЯ ПАМЯТЬ
Физическая структура
Основная памятьсодержит оперативное (RAM—Random Access Memory—память с произвольным доступом) и постоянное (ROM — Read-Only Memory)запоминающие устройства.
Оперативное запоминающее устройствопредназначено для хранения информации (программ и данных), непосредственно участвующей в вычислительном процессе на текущем этапе функционирования ПК.
ОЗУ — энергозависимая память:при отключении напряжения питания информация, хранящаяся в ней, теряется. Основу ОЗУ составляют большие интегральные схемы, содержащие матрицы полупроводниковых запоминающих элементов (триггеров). Запоминающие элементы расположены на пересечении вертикальных и горизонтальных шин матрицы; запись и считывание информации осуществляются подачей электрических импульсов по тем шинам матрицы, которые соединены с элементами, принадлежащими выбранной ячейке памяти.
Конструктивно элементы оперативной памяти выполняются в виде отдельных микросхем типа DIP (Dual In-line Package— двухрядное расположение выводов) или в виде модулей памяти типа SIP (Single In-line Package— однорядное расположение выводов), или, что чаще, SIMM (Single In line Memory Module— модуль памяти с одноразрядным расположением выводов). Модули SIMMимеют емкость 256Кбайт, 1, 4, 8, 16 или 32 Мбайта, с контролем и без контроля четности хранимых битов; могут иметь 30- ("короткие")
150 ГЛАВА 4. АРХИТЕКТУРА ПЕРСОНАЛЬНОГО КОМПЬЮТЕРА
и 72- ("длинные") контактные разъемы, соответствующие разъемам на материнской пла компьютера. На материнскую плату можно установить несколько (четыре и более) модул SIMM.
Постоянное запоминающее устройствотакже строится на основе i тановленных на материнской плате модулей (кассет) и используется для хранения неиз!^ няемой информации: загрузочных программ операционной системы, nporpal тестирования устройств компьютера и некоторых драйверов базовой системы ввода-вывс(BIOS — Base Input-Output System)и др. Из ПЗУ можно только считывать информацию, пись информации в ПЗУ выполняется вне ЭВМ в лабораторных условиях. Модули и кас< ты ПЗУ имеют емкость, как правило, не превышающую нескольких сот килобайт. ПЗУэнергонезависимоезапоминающее устройство.
.iTORMJuri-иЮл *я .< « м ^ Примечание. В последние годы в некоторых ПК стали использоваться полу авиоаив XN й^гадйнп.вог стоянные, перепрограммируемые запоминающие устройства— FLASH--«иЮЬТО аткиеп-Ш^)! ft мять. Модули или карты FLASH-памяти могут устанавливаться прям г Ячи -.«-.., •,. ••• •• .«-т разъемы материнской платы и имеют следующие параметры: емкость 32 Кбайт до 4 Мбайт, время доступа по считыванию 0,06 мкс, время зал одного байта примерно 10 мкс; FLASH-память — энергонезависимое зало нающее устройство.
Для перезаписи информации необходимо подать на специальный вход FLA памяти напряжение программирования (12В), что исключает возможность i чайного стирания информации. Перепрограммирование FLASH-памяти мо выполняться непосредственно с дискеты или с клавиатуры ПК при налн специального контроллера либо с внешнего программатора, подключаемо ПК.
FLASH-память может быть полезной как для создания весьма быстродейс ющих, компактных, альтернативных НЖМД запоминающих устройств "твердотельных дисков", так и для замены ПЗУ, хранящего программы В позволяя "прямо с дискеты" обновлять и заменять эти программы на б новые версии при модернизации ПК.
Структурно основная память состоит из миллионов отдельных ячеек памяти емкое 1 байт каждая. Общая емкость основной памяти современных ПК обычно лежит в преде от 1 до 32 Мбайт. Емкость ОЗУ на один-два порядка превышает емкость ПЗУ: ПЗУ зан» ет 128 (реже 256) Кбайт, остальной объем — это ОЗУ.
Логическая структура основной памяти
Каждая ячейка памяти имеет свой уникальный (отличный от всех других) адрес. ochoi память имеет для ОЗУ и ПЗУ единое адресное пространство.
Адресное пространствоопределяет максимально возможное количестве посредственно адресуемых ячеек основной памяти.
Адресное пространство зависит от разрядности адресных шин, ибо максимальное личество разных адресов определяется разнообразием двоичных чисел, которые можно бразить в п разрядах, т.е. адресное пространство равно 2\гдеп —разрядность адреса.
Для ПК характерно стандартное распределениенепосредственно адресуемой па? между ОЗУ, ПЗУ и функционально ориентированной информацией (рис. 4.7).
Основная память в соответствии с методами доступа и адресации делится на отд ные, иногда частично или полностью перекрывающие друг друга области, имеющие об) ринятые названия. В частности, укрупненно логическая структура основной памяти общей емкостью, например, 16 Мбайт представлена на рис. 4.8.
4.4. ЗАПОМИНАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА ПК
|
Стандартная память 640 Кбайт |
Верхняя память 384 Кбайт | ||
|
64 Кбайта Область служебных программ и данных ОС |
576Кбайт Область программ и данных пользователя |
256Кбайт Область видеопамяти дисплея и служебных программ |
128Кбайт Область программ начальной загрузки ОС и др. |
|
ОЗУ |
ПЗУ | ||
Рис. 4.7. Распределение 1-Мбайтной области ОП
|
Непосредственно адресуемая память |
Расширенная память | ||
|
Стандартная (обычная) память (СМА) |
Верхняя память (блоки UMA) |
Высокая память (НМА) |
|
|
640 Кбайт |
384 Кбайта |
64 Кбайта |
|
640Кбайт 1024 Кбайта 1088Кбайт Рис. 4.8. Логическая структура основной памяти
16Мбайт
Прежде всего основная памятькомпьютера делится на две логические области:непосредственно адресуемую память,занимающую первые 1024 Кбайта ячеек с адресами от О до 1024 Кбайт- 1,^расширенную память,доступ к ячейкам которой возможен при использовании специальных программ-драйверов.
Драйвер— специальная программа, управляющая работой памяти или внешними устройствами ЭВМ и организующая обмен информацией между МП, ОП и внешними устройствами ЭВМ.
Примечание. Драйвер, управляющий работой памяти, называется диспетчером памяти.
Стандартной памятью(СМА — Conventional Memory Area)называется непосредственно адресуемая память в диапазоне от 0 до 640 Кбайт.
Непосредственно адресуемая память в диапазоне адресов от 640 до 1024 Кбайт называется верхней памятью (UMA — Upper Memory Area).Верхняя память зарезервирована для памяти дисплея (видеопамяти) и постоянного запоминающего устройства. Однако обычно в ней остаются свободные участки — "окна", которые могут быть использованы при помощи диспетчера памяти в качестве оперативной памяти общего назначения.
Расширенная память —это память с адресами 1024 Кбайта и выше.
Непосредственный доступ к этой памяти возможен только в защищенном режиме работы микропроцессора.
В реальном режиме имеются два способа доступа к этой памяти, но только при использовании драйверов:
• по спецификации XMS(эту память называют тогда ХМА — eXtended Memory Area);
• по спецификации EMS(память называют ЕМ — Expanded Memory).
Доступ к расширенной памяти согласно спецификации XMS (eXtended Memory Specification)организуется при использовании драйверов ХММ (eXtended Memory Manager). Часто эту память называютдополнительной,учитывая, что в первых моделях персональных компьютеров эта память размещалась на отдельных дополнительных платах, хотя терминExtendedпочти идентичен термину Expandedи более точно переводится как расширенный, увеличенный.
152