Тенденции развития полупроводниковых запоминающих устройств

Но мере повышения возможностей вычислительных средств растут и «аппетиты» программных приложений относительно емкости основной памяти. Эту ситуацию отражает так называемый закон Паркинсона: «Программное обеспечение увели­чивается в размерах до тех пор, пока не заполнит всю доступную на данный мо­мент память». В цифрах тенденция возрастания требований к емкости памяти ыглядит так: увеличение в полтора раза каждые два года. Основная память совре­менных ВМ и ВС формируется из СБИС полупроводниковых запоминающих ус-роиств, главным образом динамических ОЗУ. Естественные требования к таким ЬИС: высокие плотность упаковки запоминающих элементов и быстродействие, низкая стоимость.

48

Плотность упаковки запоминающих элементов на кристалле динамического ОЗУ принято характеризовать емкостью хранимой информации в битах. Пред­ставление о современном состоянии и перспективах на ближайшее будущее дает график, приведенный на рис. 1.13. Для СБИС памяти также подтверждается спра­ведливость закона Мура и предсказанное им уменьшение темпов повышения плот­ности упаковки. В целом можно предсказать, что число запоминающих элементов на кристалле будет возрастать в два раза каждые полтора года.

Рис. 1.13. Тенденции увеличения количества запоминающих элементов на кристалле СБИС динамических запоминающих устройств

Рис. 1.14. Разрыв в производительности процессоров и динамических запоминающих устройств

С быстродействием СБИС памяти дело обстоит хуже. Высокая скорость про­цессоров уже давно находится в противоречии с относительной медлительностью

49

запоминающих устройств основной памяти. Проблема постоянно усугубляется несоответствием темпов роста тактовой частоты процессоров и быстродействия па­мяти, и особых перспектив в этом плане пока не видно, что иллюстрирует рис. 1.14. Абсолютные темпы снижения длительности цикла памяти, начиная с 1980 года, показаны на рис. 1.15. Общая тенденция: на двукратное уменьшение длительно­сти цикла динамического ЗУ уходит примерно 15 лет.

Рис. 1.15. Быстродействие микросхем динамической памяти

В плане снижения стоимости СБИС памяти перспективы весьма обнадежива­ющие (рис. 1.16). В течение достаточно длительного времени стоимость в пере­счете на один бит снижается примерно на 25-40% в год.

Рис. 1.16. Тенденции снижения стоимости СБИС динамической памяти в пересчете на 1 Мбит

50

Перспективные направления исследований в области архитектуры

Основные направления исследований в области архитектуры ВМ и ВС можно ус­ловно разделить на две группы: эволюционные и революционные. К первой группе следует отнести исследования, целью которых является совершенствование методов реализации уже достаточно известных идей. Изыскания, условно назван­ные революционными, направлены на создание совершенно новых архитектур, принципиально отличных от уже ставшей традиционной фон-неймановской ар­хитектуры.

Большинство из исследований, относимых к эволюционным, связано с совер­шенствованием архитектуры микропроцессоров (МП). В принципе кардинально новых архитектурных подходов в микропроцессорах сравнительно мало. Основ­ные идеи, лежащие в основе современных МП, были выдвинуты много лет тому назад, но из-за несовершенства технологии и высокой стоимости реализации на­шли применение только в больших универсальных ВМ (мэйнфреймах) и супер­ЭВМ. Наиболее значимые из изменений в архитектуре МП связаны с повышением уровня параллелизма на уровне команд (возможности одновременного выпол­нения нескольких команд). Здесь в первую очередь следует упомянуть конвейери­зацию, суперскалярную обработку и архитектуру с командными словами сверхболь­шой длины (У1Л\У). После успешного переноса на МП глобальных архитектурных подходов «больших» систем основные усилия исследователей теперь направлены на частные архитектурные изменения. Примерами таких эволюционных архитек­турных изменений могут служить: усовершенствованные методы предсказания переходов в конвейере команд, повышение частоты успешных обращений к кэш-­памяти за счет усложненных способов буферизации и т. п.

- Наблюдаемые нами достижения в области вычислительных средств широкого применения пока обусловлены именно «эволюционными» исследованиями. Од­нако уже сейчас очевидно, что, оставаясь в рамках традиционных архитектур, мы довольно скоро натолкнемся на технологические ограничения. Один из путей пре­одоления технологического барьера лежит в области нетрадиционных подходов. Исследования, проводимые в этом направлении, по нашей классификации отне­сены к «революционным». Справедливость такого утверждения подтверждается первыми образцами ВС с нетрадиционной архитектурой.

Оценивая перспективы эволюционного и революционного развития вычисли­тельной техники, можно утверждать, что на ближайшее время наибольшего про­гресса можно ожидать на пути использования идей параллелизма на всех его уров­нях и создания эффективной иерархии запоминающих устройств.

Контрольные вопросы

1.По каким признакам можно разграничить понятия «вычислительная машина» и «вычислительная система»?

2.В чем состоит различие между «узкой» и «широкой» трактовкой понятия «ар­хитектура вычислительной машины»?

3 Какой уровень детализации вычислительной машины позволяет определить, можно ли данную ВМ причислить к фон-неймановским?

4 Какие закономерности в эволюции вычислительных машин породили появле­ние нового научного направления — «Теория эволюции компьютеров»?

5. По каким признакам выделяют поколения вычислительных машин?

6. Поясните определяющие идеи для каждого из этапов эволюции вычислитель­ной техники.

7.Какой из принципов фон-неймановской концепции вычислительной машины можно рассматривать в качестве наиболее существенного?

8.Оцените достоинства и недостатки архитектур вычислительных машин с не­посредственными связями и общей шиной.

9. Сформулируйте основные тенденции развития интегральной схемотехники.

10. Какие выводы можно сделать, исходя из закона Мура?

11.Охарактеризуйте основные направления в дальнейшем развитии архитектуры вычислительных машин и систем.