Виртуальная память
Под виртуальной памятью понимается такая автоматическая организация внутренней и внешней памяти, при которой пользователь может считать, что в его распоряжении имеется внутренняя память размером (объемом), который равен объему внешней памяти.
Виртуальная память имеет 2 организации:
сегментную
страничную.
При сегментной организации (рис.4.48 ) памяти в ней могут быть выделены области памяти произвольного размера, в которых размещаются программы и данные необходимые для выполнения конкретной задачи. В команде при этом указывается сегментный регистр и смещение, т.е. коды, позволяющие вычислить физический адрес данных. Отличается простотой и удобством для пользователя. Однако требует серьезных аппаратурных затрат.
Рис. 4.48 Сегментная организация виртуальной памяти
Все данные в памяти формируются в страницы по 1024 ячейки. Обмен данными между внутренней и внешней памятью происходит только страницами (рис. 4.49 ).Страницы объединяются в таблицы и каталоги, которые соответственно содержат начальные адреса страниц. Преимущества страничной организации состоят в более простой аппаратной реализации. Недостатком является то, что данные не всегда кратны 1024.
Кэш-память
Кэш-память (рис.4.50) представляет собой блок сверхоперативной памяти (32Кб и более), куда во время выполнения вычислений заносится очередной блок команд и данных.
Поскольку кэш-память должна обеспечивать более высокое быстродействие, чем ОЗУ, то она строится по структуре 2D.
Рис.4.49 Структура вычисления FA при страничной организации
При пересылке каждого нового блока данных и программ в кэш-память оказывается, что их невозможно идентифицировать по тем адресам, которые они имели в ОЗУ. Поэтому при обработке данных используется ассоциативный поиск.
Данные, изменяющиеся в процессе вычислений, заносятся в
специальный буфер. После окончания вычислений содержимое
буфера записывается обратно в ОЗУ.
Рис .4.50 Кэш-память процессора i486
Семейство процессоров Pentium
Процессоры этого семейства относятся к 5-му поколению,
программно и аппаратно совместимы со всеми микропроцессорами структуры команд х86.
Тактовая частота от 60MHz – 300MHz.
На рис.4.51 представлена структура МП Pentium. Он обрабатывает 32-разрядные данные и имеет 32-разрядные шины адреса. Для повышения быстродействия используется сдвоенная CШД – 64 разряда. По ней команды поступают от ОЗУ в процессор.
Особенностью структуры является разделение кэш-памяти на кэш-команд и кэш-данных, так как этим решается проблема перезаписи в ОЗУ изменившихся после окончания обработки данных. Введена схема предсказания переходов и буфер предвыборки. Схема предсказания переходов анализирует, есть ли в ближайших командах инструкции перехода. Для обнаруженных переходов выбираются следующие цепочки операций и адресов переходов и сохраняются в буфере предвыборки.
Рис.4.51. Упрощенная структура микропроцессора Pentium
Для повышения быстродействия имеется два конвейера АЛУ. Конвейеры 5-ступенчатые. Также имеется 8-ступенчатый конвейер для выполнения операций с плавающей точкой, а также специальные аппаратные схемы умножения/деления.