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

устройством, и как то, что работа кэш-памяти практически прозрачна (т.е.

невидима) для пользователя. Кстати, в отечественной литературе синонимом

кэш-памяти является термин «сверхоперативная память».

Соответствующий контроллер кэш-памяти должен заботиться о том, чтобы

команды и данные, которые будут необходимы микропроцессору в определенный

момент времени, оказывались в кэш-памяти именно к этому моменту. При

некоторых обращениях к оперативной памяти соответствующие значения

заносятся в кэш. В ходе последующих операций чтения по тем ке адресам

памяти обращения происходят только к кэш-память, без затраты процессорного

времени на ожидание, которое неизбежно при работе с основной динамической

памятью. В персональных компьютерах технология использования кэш-памяти

находит применение прежде всего при обмене данными между микропроцессором и

оперативной памятью, а также между основной памятью и внешней (накопителями

на магнитных носителях).

На кристалле микросхемы оперативной памяти SRАМ находится огромное

количество транзисторов. Как уже говорилось, принщп работы ячейки

динамической памяти состоит в сохранении ; заряда на крошечном

конденсаторе, выполненном в полупроводниковой структуре кристалла. Понятно,

что для того чтобы зарядить конденсатор до определенного значения,

необходимо некоторое время. Чтобы конденсатор разрядился, также необходимо

определенное время. Таким образом, в результате процессов заряда и разряда

конденсатора ячейка памяти устанавливает либо в состояние 1, либо в

состояние 0. Поскольку для заряда и разряда конденсатора необходимо вполне

определенное (и немалое) время, то в этом и кроется причина ограниченного

быстродействия динамической памяти.

Статическая же память основана на триггерах, в которых применяются

интегральные транзисторы-переключатели. Такие транзисторы используют

ключевой принцип работы: они либо закрыты, либо открыты. Конечно, на

переход транзистора из одного состояния в другое также необходимо какое-то

время, однако оно существенно меньше времени заряда-разряда конденсатора,

выполняющего роль элемента памяти. Наряду с таким достоинством, как

быстродействие по отношению к динамической памяти, статическая память имеет

и недостатки. Она потребляет больший ток и имеет более сложную архитектуру

-- на одну ячейку памяти требуется больше транзисторов. Как следствие

этого, статическая память существенно дороже динамической. Кроме того, при

одинаковом коэффициенте интеграции статическая память обладает значительно

меньшей информационной емкостью.

При обмене данными возникает похожая проблема. Адреса данных, которые

вскоре понадобятся процессору для обработки, находятся в большинстве

случаев рядом с адресами данных, обрабатываемых непосредственно в данное

время. Поэтому кэш-контроллер должен также заботиться о размещении всего

блока данных в статической памяти.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7