Загрузка...

Подсистема памяти. Принципы построения подсистемы памяти.


Подсистема памяти ЭВМ – это совокупность технических средств, предназначенных для организации хранения, записи и чтения (доступа к данным).

Подсистема памяти должна позволять процессору иметь доступ к ячейкам для хранения команд и данных. Зная современные процессоры, можно заметить, что адресное пространство для такого рода процессоров колоссально по своему объему — это 232 байт или 264 байт. Известно, что чем больше объем устройства по объему хранимых данных, тем менее оно быстродействующее, а чем меньше объем, тем быстрее доступ к данным. Оказалось что 99% адресного пространства процессора, которое можно заполнить — это память с очень низким быстродействием. Современный процессор — достаточно скоростное устройство, и поэтому медленный доступ к данным не даёт ему реализовать свои возможности. Выходом из этого положения стала виртуализация памяти, то есть применение таких методов управления доступом к памяти, которые позволяли бы:

наиболее часто используемы данные, хранить в более быстродействующей памяти;

использовать блочную пересылку, когда за один такт обмена передается не одна порция данных, а много, и в конечном итоге, улучшая физические характеристики устройства.

Архитектурные методы повышения быстродействия памяти

1. Блочная пересылка. Чтение последовательно расположенных в памяти данных происходит быстрее, чем доступ к данным, которые расположены произвольно.

2. Использование кэш-памяти. Наиболее часто используемые данные оседают в наиболее быстродействующей памяти.

3. Пакетный доступ. Имеется 3 банка памяти с ячейками. На эти 3 банка подается один и тот же адрес. На выходе по одному и тому же адресу содержимое ячеек записываются в многоразрядное выходное слово. Это, так называемые, параллельные вычисления в пространстве.

 

Пакетный доступ к памяти

Рис. 1. 21. Пакетный доступ к памяти

4. Конвейерный доступ. Используется и конвейеризация и распараллеливание. Имеется 3 банка памяти. Имеется очередь запросов, где записываются адреса. Эта очередь запросов поступает на все 3 банка памяти последовательно. Имеется выходная очередь, в которую передаются данные с выходов банков памяти. Первые данные получаются через время Dt, равное времени доступа к банку памяти. Каждый последующий через время, равное времени извлечения данных из входной очереди, но только в том случае, если запрашиваемые данные располагаются в разных банках.

Конвейерный доступ к памяти

Рис. 1. 22. Конвейерный доступ к памяти

Статическая память SRAM

Статическая память SRAM (Static Random Access Memory) – память, способная хранить информацию в статическом режиме, т.е. сколь угодно долго при отсутствии обращений (при наличии питающего напряжения).

Статическая память SRAM

Рис. 1. 25. Функциональная схема статической памяти SRAM

Ячейки статической памяти реализуются на триггерах. Быстродействие и энергопотребление статической памяти определяется технологией изготовления и схемотехникой запоминающих ячеек. Самая экономичная КМОП-память (CMOS Memory) имеет время доступа более 100 нс, но зато пригодна для длительного хранения информации при питании от маломощной батареи, что и применяется в памяти конфигурации PC. Самая быстродействующая статическая память имеет время доступа в несколько наносекунд, что позволяет ей работать на системной шине процессора, не требуя от него тактов ожидания.

Динамическая память DRAM.

Динамическая память DRAM (Dinamic Random Access Memory) получила свое название от принципа действия ее запоминающих ячеек, которые выполнены в виде конденсаторов, образованных элементами полупроводниковых микросхем. С некоторым упрощением описания физических процессов можно сказать, что при записи логической единицы конденсатор заряжается, а при записи нуля – разряжается.

Схема считывания разряжает через себя этот конденсатор, и, если заряд был ненулевым, выставляет на своем выходе единичное значение, и подзаряжает конденсатор до прежнего значения. При отсутствии обращения к ячейке со временем за счет токов утечки конденсатор разряжается и информация теряется, поэтому такая память требует постоянного периодического подзаряда конденсаторов (обращения к каждой ячейке) – память может работать только в динамическом режиме. Этим она принципиально отличается от статической памяти, хранящей информацию сколь угодно долго (при включенном питании). Благодаря относительной простоте ячейки динамической памяти на одном кристалле удается размещать миллионы ячеек и получать самую дешевую полупроводниковую память достаточно высокого быстродействия с умеренным энергопотреблением, используемую в качестве ОП компьютера.

Запоминающие ячейки микросхем DRAM организованы в виде двумерной матрицы.