Алгоритм регистрового свопинга с флагами

Повышение эффективности алгоритма свопинга с флагами возможно за счет уменьшения эффективного времени цикла, что можно получить при введении регистра (регистров) временного хранения между кэш-памятью и основной памятью. Теперь, если данные должны быть переданы из быстрого буфера в основную память, они сначала пересылаются в регистр (регистры) временного хранения; новое слово сразу же пересылается в буфер из основной памяти, а уже потом слово, временно хранившееся в регистре, записывается в основную память. Действия в центральном процессоре начинают опять выполняться, как только для этого возникает возможность. Алгоритм обеспечивает совмещение операций записи в основную память с обычными операциями над буфером, что обеспечивает еще большее повышение производительности.

Эксклюзивным называется кэш, в котором данные, хранящиеся в кэш-памяти первого уровня, не обязательно должны быть продублированы в кэшах нижележащих уровней. Инклюзивный кэш - когда любая информация, хранящаяся в кэшах высших уровней, дублируется в кэш-памяти.

 

Конкретные системы оперативной памяти. Память, хранящая обрабатываемые в текущее время данные и выполняемые команды (программу), называется основной память ю — RAM (Random Access Memory), т. е. память с произвольным доступом. Она составляет основу системной памяти.

В ПК в большинстве случаях основная оперативная память строится на микросхемах динамического типа (DRAM — Dynamic Random Access Memory), где в качестве запоминающего элемента (ЗЭ) используется простейшая сборка, состоящая из одного транзистора и одного конденсатора. каждый ЗЭ представляет, по сути дела, разряжаемый со временем конденсатор, поэтому чтобы предотвратить потерю хранящейся в конденсаторах информации, микросхема RAM постоянно должна регенерироваться.

Имеется другой вид памяти, который лишен этого недостатка. Эта память называется статической (Static RAM — SRAM), где в качестве ЗЭ используется так называемый статический триггер (состоящий из 4—6 транзисторов). Из-за сложности запоминающих элементов (ЗЭ) плотность упаковки микросхем SRAM меньше, чем для DRAM. Следовательно, если бы SRAM устанавливалась в качестве оперативной памяти, то это привело бы к увеличению быстродействия ПК, однако при этом существенно изменилась бы его стоимость, поскольку стоимость микросхемы SRAM значительно выше стоимости DRAM. Для повышения быстродействия в настоящее время применяются различные архитектурно-логические решения. Сейчас имеется множество различных типов памяти, отличающихся друг от друга своими основными характеристиками.

Основная память соединяется с процессором посредством адресной шины и шины данных. Каждая шина состоит из множества электрических цепей (линий или бит). Ширина (разрядность) адресной шины определяет, сколько адресов может быть в ОЗУ (адресное пространство), а шины данных — сколько данных может быть передано за один цикл. Каждая передача данных между процессором и памятью называется циклом шины. Количество бит, которое процессор может передать за один цикл шины, влияет на производительность компьютера и определяет, какой тип памяти требуется.

Для описания характеристик быстродействия оперативной памяти применяются так называемые циклы чтения/записи (или временные схемы пакета). Дело в том, что при обращении к памяти на считывание или запись первого машинного слова расходуется больше тактов, чем на обращение к трем последующим словам. Так, для асинхронной SRAM чтение одного слова выполняется за 3 такта, запись — за 4 такта, чтение нескольких слов определяется последовательностью 3—2—2—2 такта, (что означает, что чтение 1-го элемента данных занимает 3 такта ЦП, включая 2 такта ожидания, а чтение последующих — по 2 временных такта), а запись — 4—3—3—3.

 

 

7. Динамическая память. Статическая память

 

DRAM,— тип энергозависимой полупроводниковой памяти с произвольным доступом;

используется в качестве ОП современных компьютеров, а также в качестве постоянного хранилища информации в системах, требовательных к задержкам.

Физически DRAM состоит из ячеек, которые состоят из конденсаторов и транзисторов, расположенных внутри полупроводниковых микросхем памяти. в каждой из которых можно хранить определённый объём данных, строку от 1 до 4 бит. Совокупность ячеек такой памяти образуют условный «прямоугольник», состоящий из определённого количества строк и столбцов. Один такой «прямоугольник» называется страницей, а совокупность страниц называется банком.

Принцип работы

При отсутствии подачи электроэнергии к памяти этого типа происходит разряд конденсаторов, и память опустошается (обнуляется). Для поддержания необходимого напряжения и сохранения содержимого ячеек, конденсаторы необходимо периодически подзаряжать, прилагая к ним напряжения через транзисторные ключи.. Конденсаторы заряжают в случае, когда в «ячейку» записывается единичный бит, и разряжают в случае, когда в «ячейку» необходимо записать нулевой бит.

усилитель-компаратор (англ. sense amp), подключенный к каждому из столбцов «прямоугольника». реагирует на слабый поток электронов, идущих с обкладок конденсаторов, считывает всю строку целиком. строка - минимальная порцией обмена с динамической памятью

память DRAM изготавливается на основе конденсаторов небольшой ёмкости, которые быстро теряют заряд, поэтому информацию приходится обновлять через определённые промежутки времени во избежание потерь данных. Этот процесс называется регенерацией памяти. Он реализуется специальным контроллером, установленным на материнской плате или же на кристалле центрального процессора. На протяжении времени, называемого шагом регенерации, в DRAM перезаписывается целая строка ячеек, и через 8-64 мс обновляются все строки памяти.

Характеристики памяти DRAM

Основными характеристиками DRAM являются рабочая частота и тайминги.

При обращении к ячейке памяти контроллер памяти задаёт номер банка, номер страницы в нём, номер строки и номер столбца и на все эти запросы тратится время, помимо этого довольно большой период уходит на открытие и закрытие банка после самой операции. На каждое действие требуется время, называемое таймингом.

Основными таймингами DRAM являются: задержка между подачей номера строки и номера столбца, задержка между подачей номера столбца и получением содержимого ячейки, задержка между чтением последней ячейки и подачей номера новой строки Тайминги измеряются в наносекундах или тактах

Типы DRAM

· Страничная память

· Быстрая страничная память Память могла работать на частотах 25 и 33 МГц с временем полного доступа 70 и 60 нс и с временем рабочего цикла 40 и 35 нс соответственно.

· память с усовершенствованным выходом, EDO DRAM). рабочая частота была 40 и 50 МГц, соответственно, время полного доступа — 60 и 50 нс, а время рабочего цикла — 25 и 20 нс. Эта память содержит регистр-защелку (англ. data latch) выходных данных, что обеспечивает некоторую конвейеризацию работы для повышения производительности при чтении.

· синхронная память — (SDR SDRAM). используется тактовый генератор для синхронизации всех сигналов и использование конвейерной обработки информации.Рабочие частоты этого типа памяти могли равняться 66, 100 или 133 МГц, время полного доступа — 40 и 30 нс, а время рабочего цикла — 10 и 7,5 нс.

· ESDRAM — это, по существу, SDRAM с небольшим количеством SRAM. При малой задержке и пакетной работе достигается частота до 200 МГц. SRAM-кеш предназначен для хранения и выборки наиболее часто используемых данных.

· Пакетная память EDO RAM (BEDO DRAM) стала дешёвой альтернативой памяти типа SDRAM. Основанная на памяти EDO DRAM, её ключевой особенностью являлась технология поблочного чтения данных (блок данных читался за один такт), что сделало её работу быстрее

· Специальный тип оперативной памяти — Video RAM (VRAM) — был разработан на основе памяти типа SDRAM для использования в видеоплатах. Он позволял обеспечить непрерывный поток данных в процессе обновления изображения, что было необходимо для реализации изображений высокого качества.

· DDR SDRAM -SDRAM с удвоенной скоростью передачи данных (англ. double data rate SDRAM, DDR SDRAM или SDRAM II) была вдвое увеличена пропускная способность. Первоначально память такого типа применялась в видеоплатах, но позднее появилась поддержка DDR SDRAM со стороны чипсетов.Память DDR SDRAM работает на частотах в 100, 133, 166 и 200 МГц, её время полного доступа — 30 и 22,5 нс, а время рабочего цикла — 5, 3,75, 3 и 2,5 нс. эффективная частота передачи данных лежит в пределах от 200 до 400 МГц. Такие модули памяти обозначаются DDR200, DDR266, DDR333, DDR400.

· Direct RDRAM или Direct Rambus DRAM Высокое быстродействие этой памяти достигается рядом особенностей, не встречающихся в других типах памяти. Рабочие частоты памяти — 400, 600 и 800 МГц, время полного доступа — до 30 нс, время рабочего цикла — до 2,5 нс.

· DDR2 SDRAM Конструктивно новый тип оперативной памяти DDR2 SDRAM был выпущен в 2004 году. Память может работать с тактовой частотой шины 200, 266, 333, 337, 400, 533, 575 и 600 МГц. При этом эффективная частота передачи данных соответственно будет 400, 533, 667, 675, 800, 1066, 1150 и 1200 МГц. Время полного доступа — 25, 11,25, 9, 7,5 нс и менее. Время рабочего цикла — от 5 до 1,67 нс.

· DDR3 SDRAM Этот тип памяти основан на технологиях DDR2 SDRAM со вдвое увеличенной частотой передачи данных по шине памяти. Отличается пониженным энергопотреблением по сравнению с предшественниками. Частота полосы пропускания лежит в пределах от 800 до 2400 МГц (рекорд частоты — более 3000 МГц), что обеспечивает большую пропускную способность по сравнению со всеми предшественниками.

Память типа DRAM конструктивно выполняют и в виде отдельных микросхем в корпусах типа DIP, SOIC, BGA и в виде модулей памяти типа SIPP, SIMM, DIMM, RIMM.

Различные корпуса DRAM. Сверху вниз: DIP, SIPP, SIMM (30-контактный), SIMM (72-контактный), DIMM (168-контактный), DIMM (184-контактный, DDR)

https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=DRAM&stable=1

Статическая память с произвольным доступом (SRAM, static random access memory) — полупроводниковая оперативная память, в которой каждый двоичный или троичный разряд хранится в схеме с положительной обратной связью, позволяющей поддерживать состояние без регенерации, необходимой в динамической памяти (DRAM). сохранять данные без перезаписи SRAM может, только пока есть питание

Типичная ячейка статической двоичной памяти (двоичный триггер) на КМОП-технологии состоит из двух перекрёстно (кольцом) включённых инверторов и ключевых транзисторов для обеспечения доступа к ячейке (рис. 1.)

Линия WL (Word Line) управляет двумя транзисторами доступа. Линии BL и BL (Bit Line) — битовые линии, используются и для записи данных, и для чтения данных.

Запись. При подаче «0» на линию BL или BL параллельно включенные транзисторные пары (M5 и M1) и (M6 и M3) образуют логические схемы 2ИЛИ, последующая подача «1» на линию WL открывает транзистор M5 или M6, что приводит к соответствующему переключению триггера.

Чтение. При подаче «1» на линию WL открываются транзисторы M5 и M6, уровни, записанные в триггере, выставляются на линии BL и BL и попадают на схемы чтения.

Преимущества

· Быстрый доступ. SRAM — это действительно память произвольного доступа, доступ к любой ячейке памяти в любой момент занимает одно и то же время.

· Простая схемотехника — SRAM не требуются сложные контроллеры.

· Возможны очень низкие частоты синхронизации, вплоть до полной остановки синхроимпульсов.

Недостатки

· Невысокая плотность записи (шесть-восемь элементов на бит^[3], вместо двух у DRAM)

· Вследствие чего — дороговизна килобайта памяти.

· Особенность: непредсказуемое (произвольное) содержимое памяти после включения питания.

· высокое энергопотребление обусловлено высокими скоростями обмена с данным видом внутренней памяти процессора

Применение

SRAM применяется в микроконтроллерах и ПЛИС, в которых объём ОЗУ невелик (единицы килобайт), зато нужны низкое энергопотребление (за счёт отсутствия сложного контроллера динамической памяти), предсказываемое с точностью до такта^[4] время работы подпрограмм и отладка прямо на устройстве.

В устройствах с большим объёмом ОЗУ рабочая память выполняется как DRAM. SRAM же применяется для регистров и кэш-памяти.

 

 

8. Интерфейсы и их классификация.

 

интерфейс (interface) – это совокупность логических и физических принципов взаимодействия компонентов технических средств вычислительной системы (ВС), т. е. совокупность правил алгоритмов и временных соглашений по обмену данными между компонентами ВС (логический интерфейс), а также совокупность физических, механических и функциональных характеристик средств подключения, реализующих такое взаимодействие (физический интерфейс).

 

Виды интерфейсов

Интерфейсы различают по таким характеристикам, как структура связей, способ подключения и передачи данных, принципы управления и синхронизации.

1. Внутримашинный интерфейс – система связи и средств сопряжения узлов и блоков ЭВМ между собой. Внутримашинный интерфейс представляет собой совокупность электрических линий связи (проводов), схем сопряжения с компонентами компьютера, протоколов (алгоритмов) передачи и преобразования сигналов.

Различают два варианта организации внутри машинного интерфейса:

- многосвязный интерфейс, при котором каждый блок ПК связан с другими блоками своими локальными проводами;

- односвязный интерфейс, в результате которого все блоки ПК связаны друг с другом через общую или системную шину.

2. Внешний интерфейс – система связи системного блока с периферийными устройствами ЭВМ или с другими ЭВМ

Здесь можно выделить также несколько типов внешнего интерфейса:

- интерфейс периферийных устройств, подключаемых с помощью шин ввода-вывода (ISA,EISA,VLB,PCI,AGP,USBIEEE1384SCSIи др.);

- сетевой интерфейс, типа одноранговой сети или сети клиент-сервер с топологиями типа звезда, кольцевая или шинная.

3. Интерфейс «человек-машина» или интерфейс «человек-компьютер» или пользовательский интерфейс – это способ, которым вы выполняете какую-либо задачу с помощью каких-либо средств (какой-либо программы), а именно совершаемые вами действия и то, что вы получаете в ответ.

Интерфейс является ориентированным на человека, если он отвечает нуждам человека и учитывает его слабости.

Машинная часть интерфейса – часть интерфейса, реализованная в машине (аппаратно-программной ее части) с использованием возможностей вычислительной техники.

Человеческая часть интерфейса – это часть интерфейса, реализуемая человеком с учетом его возможностей, слабостей, привычек, способности к обучению и других факторов.

Наиболее распространенные интерфейсы определены государственными и международными стандартами.

В дальнейшем изложении будет рассматриваться только интерфейс пользователя.