19.2 Режимы работы процессора .
16-ти разрядные процессоры работают в реальном режиме.
Граф перехода
между режимами
процессора
Первоначально в 16-разрядном процессоре был реальный режим, в которой доступна память=1Мбайт, шА=20 разрядов.
Память разбивается на сегменты: кода, данных, стека.
Для того, чтобы сегменты не наезжали друг на друга , за ними следит программист.
В последующих 32-разрядных процессорах реализуется защищенный режим. Поддерживается реальный режим и виртуальный.
Виртуальный – это несколько процессоров 16-разрядных, но с возможностью доступа к 4 Гбайтам.
Память делится на страницы, защищенность означает, что предусмотрены специальные средства с целью устранения недостатков реального режима. Для этого исп-ся специальные указатели-дескрипторы – сегмент до 4 Гбайт.
Кроме сегментации памяти предусмотрен постраничный режим. Реализуется защищенный режим с помощью уровней привилегий.
Этот режим предназначен для выполнения некоторых действий с возможностью изоляции от прикладного программного обеспечения.
Основное предназначение – реализация системы управления энергопотреблением.
В режиме SMM система может перейти по сигналу SMI. Сигнал SMI является запросом прерывания с наивысшим приоритетом. Получив этот сигнал процессор завершает текущую инструкцию и вырабатывает сигнал SMI ответный.
Процессор сохраняет свой контекст в специальной памяти SMRAM – это выделенная область физической памяти, доступ к которой обеспечивается внешними схемами в целях обращения к памяти при наличии сигнала SMIACT#.
После сохранения контекста процессор переходит к выполнению обработчика SMI, который расположен в этой специальной области.
Обработчик – это последовательность инструкций, который выполняются процессором в реальном режиме.
При нахождении в SMM запрещаются все аппаратные прерывания, а также исключения.
Процедура обработки заканчивается сигналом RSM. Но этому сигналу процессор устанавливает свой контекст из образа, который хранится в памяти, и возвращается в предыдущий режим.
19.3 Синхронизация элементов компьютерной системы.
Работа всех элементов компьютерной системы осуществляется синхросигналами, которые вырабатываются генератором на системной плате. Эта частота умножается на определенной число и делится для обеспечения частоты системной шины ISA(8 МГц) , а также другие контроллеры системной платы(com,LPT,системный таймер).
Лекция20
20. Разновидности микросхем памяти.
В КС различают следующие виды памяти: память процессора, внутренняя и внешняя память. Память процессора включает регистры общего назначения, сегментные регистры, регистры команд, внутренний кеш.
Внутренняя память это ОП или ОЗУ, КМОП память.
К внешней памяти относят гибкие, жесткие и флеш-память, регистры передающих устройств, видеопамяти, CD-ROM.
20.1 Быстродействие процессора и памяти:
Быстрод. Проц. Мгц |
Быстр. Сист. Шины. Мгц. |
Тип Памяти |
Быстрод. Памяти, Мгц |
Дата. |
5-200 |
5-66 |
FPM/EDO |
5-16 |
1981-1996 |
200-450 |
66-100 |
SDRAM |
66-100 |
1997-1998 |
500+ |
100+ |
RDRAM |
600-800 |
2000+ |
Быстродействие процессора выражают в единицах частоты Мгц, а быстродействие памяти - в нс. Существуют специальные таблицы, которые устанавливают зависимость между нс и Мгц. Например частота 10Мгц – цикл 100нс. 100Мгц – 10нс. 500Мгц – 2нс. 1Ггц – 1нс.
За одну нс световой луч проходит 30см. Как видно из таблицы один и тот же тип памяти использовался в течении 15 лет, а производительность процессора увеличилась в 40 раз, а производительность памяти осталась на месте. Поэтому появилась необходимость в использовании новых микросхем памяти.
С увеличением частоты продолжительность цикла уменьшается. Рост тактовой частоты в 100 раз в 100 раз уменьшает цикл.
Быстродействие памяти составляет 60нс, поэтому процессор вынужден простаивать. Обычно адресация в микросхемах памяти сводится к следующему: выбирается строка (элементы в виде матрицы) а затем столбец, и после этого передаются данные. Время, затраченное на поиск строки и столбца называется временем задержки. Время доступа = время задержки + время цикла.
Память с временем доступа 60 нс имеет время задержки 25 нс и продолжительность цикла 35 нс, шаговая частота памяти 30 Мгц.
Если процессор работает на частоте 300 Мгц то он вынужден оставаться в ожидании 10 циклов до поступления данных. Для уменьшения времени ожидания были разработаны определенные типы микросхем.
20.2.1
FPM – Fast Page Memory – быстрый постраничный режим. С целью сокращения времени ожидания память DRAM разбивают на страницы, благодаря этому обеспечивается более быстрый доступ к данным в пределах строки. Длина строки от 512 байт до нескольких кб. Специальная схема поиска страниц позволяет при обращении к ней кеш-памяти в пределах страницы уменьшить состояние ожидания. В дополнение к этому был разработан так называемый пакетный burst режим доступа. Сущность этого режима сводится к следующему. Обычно в большинстве случаев доступ к данным является последовательным, поэтому после установки строки и 1го столбца адреса в пакетном режиме можно обращаться к 3м адресам столбца без дополнительного состояния ожидания. Схема синхронизации в пакетном режиме для стандартных DRAM с временем доступа 60 нс 5-3-3-3, где цифры означают циклы. 1 операция доступа к данным – 5 циклов на системной шине, 2 последовательных операции по 3 цикла.
Без пакетного режима и разбивки на страницы - схема 5-5-5-5. Память поддерживает постраничный или пакетный режим.
Иногда для получения быстродействия FPM применяют разбиение ОП на 2 банка и при обращении к одному из банков в другом выбирается строка и столбец, поэтому цикл ожидания уменьшается.
20.2.2 Дальнейшим шагом получения быстродействия микросхем памяти в процессорах Pentium было использовано EDO – Extended Data Out. Это усовершенствованный вариант FPM. В специальных микросхемах памяти учитывается перекрытие синхронизации между очередными операциями доступа. Последний цикл совмещается с предыдущим и это позволяет в пакетном режиме добиться схемы 5-2-2-2.
20.2.3 SDRAM – Synchronus DRAM. Это новый тип памяти, однако так как она является динамической то ее начальное время ожидания такое же как в FPM и EDO. Но общее время цикла намного короче. Схема синхронизации пакетного доступа 5-1-1-1. Эта память работает на высоких частотах 5Мгц и выше. Начиная с SDRAM быстродействие микросхем оценивают в Мгц а не в нс.
20.2.4 RDRAM – относится к новому типу микросхем памяти. Rambus DRAM.
Данный тип использовался с 1999 года. Быстродействие этой памяти сравнимо с быстродействием процессора. Обычные типы памяти имеют разрядность данных равную разрядности шин процессора – 64бит = 8 байт что соответствует максимальному быстродействию на частоте 100 Мгц. – 800 Мб/сек.
Используют также низковольтные сигналы что существенно снижает потребляемую мощность. Логические «0» - 1В. «1» - 1.8В.
Как и в модулях SDRAM. В модулях RDRAM устанавливаются специальные ПЗУ, которые содержат информацию о размере и типе модуля. Каждый модуль может комплектоваться 4,8,16 RDRAM-микросхем.
SDRAM модули – DIMM
RIMM - Rambus Inline Memory Modules.
Соответственно имеют различное число контактов, в частности модуль RIMM – 184 позолоченных контактов (по 92 на стороне). Работой микросхем управляет специальный контроллер SDRAM, частота синхронизации 400 Мгц.