Вычислительная техника
торого уровня
обеспечивает для типовых задач доступ к оперативной памяти со скоростью,
достаточно близкой к максимально возможной для данного типа процессора, так
что дальнейшее ускорение дается с большим трудом и не может быть
значительным. Тем не менее, применение новых типов памяти является вполне
оправданным, так как позволяет поднять реальную производительность при
работе со многими приложениями и в мультизадачной среде. Из некоторых
источников и публикаций можно сделать и еще один важный вывод. Он
заключается в том, что главное средство повышения производительности всех
подсистем компьютера, включая графическую и, с некоторыми оговорками,
жесткие диски, — это использование более мощного процессора.
Оперативная память
Практически все компьютеры используют три вида памяти: оперативную,
постоянную и внешнюю.
Оперативная память предназначена для хранения переменной информации,
как она допускает изменение своего содержимого в ходе выполнения
микропроцессором вычислительных операций. Таким образом, этот вид памяти
обеспечивает режимы записи, считывания и хранения информации. Поскольку в
любой момент времени доступ может осуществляться к произвольно выбранной
ячейке, то этот вид памяти называют также памятью с произвольной выборкой —
RAM (Random Access Memoiy). Для построения запоминающих устройств типа RAM
используют микросхемы статической и динамической памяти.
Постоянная память обычно содержит такую информацию, которая не должна
меняться в ходе выполнения микропроцессоров программы. Постоянная память
имеет собственное наз-вание — ROM (Read Only Memory), которое указывает на
то, чт'о она обеспечивает только режимы считывания и хранения. Постоянная
память обладает тем преимуществом, что может сохранягь информацию и при
отключенном питании. Это свойство получило название энергонезависимость.
Все микросхемы постоянной памяти по способу занесения в них информации
(программированию) делятся на масочные (ROM), программируемые
изготовителем, однократно программируемые пользователем (Programmable ROM)
и многократно программируемые пользователем (Erasable PROM). Последние в
свою очередь подразделяются на стираемые электрически и с помощью
ультрафиолетового облучения. К элементам ЕРROM с электрическим стиранием
информации относятся и микросхемы флэш-памяти. От обычных EPROM они
отличаются высокой скоростью доступа и стирания записанной.информации.
Вешняя память реализована обычно на магнитных носителях.
Оперативная память
Оперативная память составляет не большую, но, безусловно, важнейшую
часть персонального компьютера. Если от типа процессора зависит количество
адресуемой памяти, то быстродействие используемой оперативной памяти во
многом определяет скорость работы процессора, и в конечном итоге влияет на
производительность всей системы.
Практически любой персональный IBM-совместимый компьютер оснащен
оперативной памятью, реализованной микросхемами динамического типа с
произвольной выборкой. (DRAM, Dynamic Random Access Memory). Каждый бит
такой памяти физически представлен в виде наличия (или отсутствия) заряда
на конденсаторе, образованном в структуре полупроводникового кристалла.
Поскольку время хранения заряда конденсатором ограничено (из-за
«паразитных» ; утечек), то, чтобы не потерять имеющиеся данные, необход]имо
периодическое восстановление записанной информации, которое и выполняется в
циклах регенерации (refresh cycle). Это является, пожалуй, одним из
основных недостатков динамической памяти, в то время, как по критерию,
увеличивающему информационную емкость, стоимость и энергопотребление, этот
тип памяти во многих случаях предпочтительнее статической памяти (SRAM,
Static RAM). Последняя в качестве элементарной ячейки памяти использует так
называемый статический триггер. Этот тип памяти обладает высоким
быстзодействием и, как правило, используется в самых «узких». местах
системы, например, для организации памяги.
Корпуса и маркировка
Элементы динамической памяти для персональных компьютеров бывают
конструктивно выполнены либо в виде отдельных микросхем в корпусах типа DIP
(Dual In line Package), либо в виде модулей памяти типа SIP/SIPP (Single In
line Pin Package) или типа SIMM (Single In line Mernory Module). Модули
памяти представляют собой небольшие текстолитовые платы с печатным монтажом
с установленными на них микросхемами памяти в DIP-корпусах. При этом для
подключения к системной плате на SIMM используется печатный («ножевой»)
разъем, а на модулях SIP — штыревой.
Логическая организация памяти
Используемый в IBM PC/XT процессор i8086 через свои 20 адресных линий
может иметь доступ к пространству памяти всего в 1 Мбайт. Но в то время,
когда появились эти компьютеры, возможность увеличения доступной
оперативной памяти в 10 раз (по сравнению с обычными 64 Кбайт) была просто
фантастической. Отсюда наверно и появилась «волюнтаристская» цифра — 640
Кбайт. Эти первые 640 Кбайт адресуемого пространства в IBM-совместимых
компьютерах называют обычно стандартной памятью (conventional memory).
Оставшиеся 384 Кбайт были зарезервированы для систем использования и носят
название памяти в верхних или высших адресах (UMB, Upper Memory Blocks).
Эта область памяти резервируется под размещение системного ROM BIOS (Read
Only Меш Basic Input Output System), видеопамяти и ROM-памяти, полнительных
адаптеров.
Дополнительная, или ехрanded-памягь
Почти на всех персональных компьютерах область UMB редко оказывается
заполненной полностью. Пустует, как правило, область расширения системного
ROM BIOS часть видеопамяти и области под дополнительные модули ROM. На этом
и базируется спецификация дополнительной памяти EMS (Expanded Memory
Specification), разработка фирмами Lotus Development, Intel и Microsoft
(поэтому называемая иногда LIM-спецификацией) еще в 1985 г. и позволяющая
использовать оперативную память свыше стандартных 640 Кбайт для прикладных
программ. Принцип использования дополнительной памяти основан на
переключении блоков (страниц) памяти. В выделяется незанятое «окно» (page
frame) в 64-Кбайт, которое разбито на 16-килобайтные страницы. Программные
и аппаратные средства позволяют отображать любой 16-килобайтный сегмент
этой дополнительной expanded-иамйти в любой из выделенных 16-килобайтных
страниц окна. Хотя микропроцессор всегда обращается к данным, хранимым в
окне (адрес 1 Мбайт), адреса этих данных могут быть смещены в
дополнительной памяти относительно окна на несколько мегабайт. Спецификация
LIM/EMS 4.0 позволяет использовать до 2048 логических страниц и расширить
объем адресуемой памяти до 32 Мбайт. Кроме этого, как и в EMS, физические
страницы могут быть расположены в любом месте памяти , отличный от 16
Кбайт. Таким образом могут задействоваться области видеопамяти и UMB.
Возможности спецификации позволяют, в частности, организовать многозадачный
режим работы.
Paсширенная, или ехрanded-памягь
Компьютеры, использующие процессор i80286 с 24-разрядными адресными
шинами, физически могут адресовать 16 Мбайт, а в случае процессоров
i80386/486 — 4 Гбайта памяти. Такая возможность появляется только при
защищённом режиме работы процессора (protected mode), которого
операционная система MS DOS не поддерживает. Расширенная память
располагается выше области адресов 1 Мбайт. Для работы с extended-памятью
микропроцессор должен переходить из реального в защищенный режим и обратно.
Микропроцессоры i80386/486 выполняют эту операцию достаточно легко, чего не
скажешь о i80286. При наличии соответствующего программного драйвера
расширенную память можно эмулировать как дополнительную. Аппаратную
поддержку в этом случае должен обеспечивать процессор не ниже i80386 или
вспомогательный набор специальных микросхем.
Кэш-память
Кэш-память предназначена для согласования скорости работы сравнительно
медленных устройств, таких, например как динамическая память с относительно
быстрым микропроцессором. Использование кэш-памяти позволяет избегать
циклов ожидания в его работе, которые снижают производительность всей
системы.
У микропроцессора, синхронизируемого, например, тактовой частотой 33
МГц, тактовый период составляет приблизительно 30 нс. Обычные современные
микросхемы динамической памяти имеют время выборки от 60 до 80 нс. Отсюда,
в частности, следует, что центральный процессор вынужден простаивать 2-3
периода тактовой частоты (т.е. имеет 2-3 цикла ожидания), пока информация
из соответствующих микросхем памяти установится на системной шине данных
компьютера. Понятно, что в это время процессор не может выполнять никакую
другую работу. Такая ситуация ведет обычно к тому, что общая
производительность системы снижается, что, разумеется, крайне нежелательно.
С помощью технологии обработки, использующей кэш-память, обычно
делается попытка согласовать работу медленных внешних устройств с быстрым
процессором. В переводе с английского слово «сасhе» означает не что иное,
как убежище или тайник. Эти значения, очевидно, можно толковать по-разному:
и как то, что кэш, по сути, является промежуточным буферным запоминающим
устро
| |  скачать работу |
Вычислительная техника |
