Курс лекций по вычислительной технике

       

Наибольшим быстродействием обладает


            Однако увеличение числа регистров увеличивает время обращения и длину ко­манды.

            Другой путь увеличения быстродействия  - повышение частоты работы как оперативной памяти, так и  внешней памяти.

Аппаратные способы повышения быстродействия ОП в развивались в на­правлении от асинхронных методов считывания      (EDO , BEDO) к син­хронным (SDRAM, DDR, DDR-2). У синхронной ОП  цикл обращения со­стоит этапов, одинаковых  по длительности, что позволяет привязать его к тактовой частоте процессора.

       Второй путь

сокращения времени обращения  - введение режима  пакетного  обмена  дан­ными между процессором и памятью. Пакетный  режим  предполагает  со­блюдение одних и тех же правил формирования последовательности адресов как процессо­ром, так и памятью.

В процессорах Интел пакетный режим введён начиная с 486 процессора. Пакет состоит из 4-х передач  (байта,  слова, или двой­ного слова). В пакетном режиме старшие разряды адреса  остаются не­измен­ными в течение передачи пакета. Начало нового пакета  сопровожда­ется за­грузкой полного адреса, поэтому  первая  передача  занимает время в 2-5 раз большее, чем последующие. Заметим, что длина пакета  выбирается  равной строке кэш.

Во всех  этих решениях предполагается, что в начале по мультип­лексиро­ванной шине адреса загружается сначала RAS, а затем CAS, который затем изменяется  внутренним счетчиком (в предположении,  что  обращение  производится по  последовательным адресам). При этом обеспе­чивается кон­вейеризация по схеме 5-2-2-2. Цифры означают длительность в тактах после­довательных обращений от начала пакета.

Третьем  структурным способом сокращения времени доступа к па­мяти служат методы расслоения памяти (или чередования адресов – Interleave).      Эти методы предполагают, что соседние элементы массива данных или команд располагаются не в соседних ячейках памяти, а в соседних блоках (банках) и поэтому обращение к ним может осуществляться не последовательно, а параллельно.
 


Банк - группа модулей памяти одинаковой емкости, доступ  к  которой воз­можен незави­симо от другой группы.  

Использование банков памяти для сокращения времени доступа осуществляется либо посредством  увеличения ширины выборки (при этом обращение к   элементам массива по соседним адресам осуществляется одновременно из нескольких банков), либо посредством сдвига обращения  во времени на такт или на часть такта.

Собственно говоря, применение RAID массивов тоже один из способов расслоения, но уже внешней памяти.

Наконец, использование многоступенчатой (иерархической) па­мяти

 предполагает такое построение памяти, при котором области памяти, к которым обращение происходит наиболее часто, имеют наибольшее быстродействие. Как правило, для области памяти, к которой обращаются более часто требуется  сравнительно небольшой объе­м  и  для

этой цели может быть применена более быстродейст­вующая память (кэш).

Отсюда всё расширяющаяся тенденция развития многоступенчатой (иерархической) памяти. Использование памятей несколь­ких уровней с пересылкой блоков программ и данных между памятями раз­ных уровней позволяет существенно сократить простои процессора в ожида­нии данных. Особенно, если такая пересылка осуществляется в то время, пока процессор работает с другими блоками. Эффект существенно зависит от характера решаемых задач. В частности, в поисковых системах эффект будет минимальным. Так как области программ и данных зачастую различны, ино­гда применяют для них отдельные кэш.

Типовая иерархия памяти  имеет примерно следующий вид

- Регистры: 64 – 256 слов  с временем доступа 1 такт процессора;

-         кэш 1 уровня: 8К слов с временем доступа 1-2 такта;

-         кэш 2 уровня: 256К слов с временем доступа 3-5 тактов;

-         основная память: до 4Г слов с временем доступа 12-60 тактов.


Содержание раздела