Тема 3. Методы организации кэш-памяти
В функциональном отношении кэш-память рассматривается как буферное ЗУ, размещённое между основной (оперативной) памятью и процессором. Основное назначение кэш-памяти - кратковременное хранение и выдача активной информации процессору, что сокращает число обращений к основной памяти, скорость работы которой меньше, чем кэш-памяти.
За единицу информации при обмене между основной памятью и кэш-памятью принята строка, причём под строкой понимается набор слов, выбираемый из оперативной памяти при одном к ней обращении. Хранимая в оперативной памяти информация представляется, таким образом, совокупностью строк с последовательными адресами. В любой момент времени строки в кэш-памяти представляют собой копии строк из некоторого их набора в ОП, однако расположены они необязательно в такой же последовательности, как в ОП.
Тема 4. Типовая структура кэш-памяти
Рассмотрим типовую структуру кэш-памяти (рис. 4.2), включающую основные блоки, которые обеспечивают её взаимодействие с ОП и центральным процессором.
Рис. 4.2. Типовая структура кэш-памяти
Строки, составленные из информационных слов, и связанные с ними адресные теги хранятся в накопителе, который является основой кэш-памяти. Адрес требуемого слова, поступающий от центрального процессора (ЦП), вводится в блок обработки адресов, в котором реализуются принятые в данной кэш-памяти принципы использования адресов при организации их сравнения с адресными тегами. Само сравнение производится в блоке сравнения адресов (БСА), который конструктивно совмещается с накопителем, если кэш-память строится по схеме ассоциативной памяти. Назначение БСА состоит в выявлении попадания или промаха при обработке запросов от центрального процессора. Если имеет место кэш-попадание (т.е. искомое слово хранится в кэш-памяти, о чём свидетельствует совпадение кодов адреса, поступающего от центрального процессора, и одного из адресов некоторого адресного тега), то соответствующая строка из кэш-памяти переписывается в регистр строк. С помощью селектора-демультиплексора из неё выделяется искомое слово, которое и направляется в центральный процессор. В случае промаха с помощью блока формирования запросов осуществляется инициализация выборки из ОП необходимой строки. Адресация ОП при этом производится в соответствии с информацией, поступившей от центрального процессора. Выбираемая из памяти строка вместе со своим адресным тегом помещается в накопитель и регистр строк, а затем искомое слово передается в центральный процессор.
Для высвобождения места в кэш-памяти с целью записи выбираемой из ОП строки одна из строк удаляется. Определение удаляемой строки производится посредством блока замены строк, в котором хранится информация, необходимая для реализации принятой стратегии обновления находящихся в накопителе строк.
Тема 5. Системы внешней памяти
Системы внешней памяти - это hard disc, то есть жесткий диск, floppy disc, то есть гибкий диск или дискета, CD-ROM и некоторые другие.
Жесткий диск, или винчестер (название пошло от совпадения oбозначения первого жесткого диска с обозначением винтовки XIX века фирмы Winchester) предназначен для хранения той информации, которая более или менее часто используется в работе: программы операционной системы, компиляторов, сервисных программ, прикладных программ пользователя, текстовых документов, файлов базы данных и пр. Винчестер обеспечивает более быстрый доступ к данным, чем дискета, и значительно превосходит ее в емкости и надежности.
Жесткий диск - это одна или более жестких пластинок, покрытых материалом, позволяющим делать магнитную запись компьютерных данных. По его поверхности двигаются считывающе-записывающие головки. Между ними и поверхностью диска есть воздушный зазор, предохраняющий диск от повреждений и загрязнений.
Каждая машина располагает одним или двумя дисководами для гибких магнитных дисков. Дискеты используются для обмена программами и данными между компьютерами, для хранения программ, не используемых в работе, или запасных копий данных на случай их разрушения в винчестере. Можно использовать их для обычной работы на компьютере, однако это резко замедляет исполнение программ.
Floppy disc - это круглое плоское изделие из майлара (полиэтилен-перифталат), покрытое оксидом железа; субстанцией, содержащей крошечные частицы, которые удерживают магнитное поле. Дискета упакована в защитную пластиковую оболочку.
Данные считываются и записываются с помощью считывающе-записывающие головки, которая сменяет магнитное ориентирование частиц. Направление в одну сторону представляет собой двоичную 1, а в противоположную ей - двоичный 0. В зависимости от емкости, дискета может вмещать от нескольких сотен до миллиона байт данных, например, 3.5-дюймовые дискеты обладают емкостью 1.44 Мбайт, 5.25-дюймовые дискеты практически исчезли из употребления, так как они менее вместительны, менее надежны и менее долговечны.
CD-ROM (CD-R) - это аббревиатура, обозначающая Compact Disc Read Only Memory. С них можно только считывать информацию, так как она наносится на поверхность диска в виде желобков. Хотя кроме этого незначительного минуса, у них есть много плюсов. Во-первых, они обладают большой вместительностью - около 600 Мбайт. Во-вторых, использование лазерной оптики значительно ускоряет процесс считывания данных по сравнению с магнитными средствами.
Существую также CD-диски для чтения и записи информации (пишущие CD или CD-RW).
ЛЕКЦИЯ 15.