Сверхоперативная память
Сверхоперативные ЗУ (СОЗУ) используются для хранения относительно небольших объемов информации и имеют значительно меньшее, чем основная память, время записи - считывания. СОЗУ предназначено для кратковременного хранения, записи и выдачи информации, необходимой для реализации вычислительного процесса в ближайшие такты работы машины. Высокая скорость работы СОЗУ, соизмеримая с быстродействием микропроцессора, достигается использованием элементов памяти статического типа в виде различных регистров и регистровых структур.
В составе ПЭВМ сверхоперативная память обычно представлена внутренней микропроцессорной памятью и буферной регистровой КЭШ - памятью.
Микропроцессорная память (МГ1П) состоит из быстродействующих регистров различного назначения с разрядностью не менее машинного слова (т.е. 16, 32 или 64 бита). Количество таких регистров зависит от типа микропроцессора и может достигать нескольких десятков.
Регистровая КЭШ - память является буфером между оперативной памятью и микропроцессором. Благодаря высокому быстродействию КЭШ - память позволяет существенно сократить время выполнения очередных команд программы. Для избежания "простоя" микропроцессора в ожидании выборки из ОГТ необходимых команд и данных они с небольшим опережением считываются из ОП и записываются в буферную КЭШ - память. В некоторых случаях для повышения эффективного быстродействия ЭВМ применяется разделенная КЭШ - память, в которой команды программы и обрабатываемые данные хранятся в разных местах (областях памяти).
КЭШ - память может быть размещена в кристалле микропроцессора (так называемая КЭШ - память 1 - ого уровня) или выполнена в виде отдельной микросхемы (внешняя КЭШ - память, или КЭШ - память 2 - го уровня). При этом КЭШ - память 1 - го уровня имеет относительно небольшой объем (порядка 16 Кбайт), а емкость КЭШ - памяти 2 - го уровня может достигать нескольких мегабайт.
Для сверхоперативных ЗУ является весьма распространенным безадресный способ доступа к нужным регистрам.
Безадресные регистровые структуры могут образовывать два вида устройств памяти: магазинного типа и память с выборкой по содержанию (ассоциативные ЗУ).
Память магазинного типа образуется из последовательно соединенных регистров (рис. 10.5).
218
Рис. 10.5. Регистровая структура магазинного типа:а) типа очереди; б) типа стека
Если запись в регистровую структуру (рис. 10.5, а) производится через один регистр, а считывание - через другой, то такая память является аналогом очереди или линии задержки и работает по принципу "Первым вошел - первым вышел " (FIFO - first input, first output).
Если же запись и считывание осуществляются через один и тот же регистр (рис. 10.5, б), такое устройство называется стековой памятью, работающей по принципу "Первым вошел - последним вышел" (FILO - first input, last output). При записи числа в стековую память сначала содержимое стека сдвигается в сторону последнего, К - го регистра (если стек был полностью заполнен, то число из К - ro регистра теряется), а затем число заносится в вершину стека - регистр 1. Считывание осуществляется тоже через вершину стека. После того, как число из вершины прочитано, содержимое стека сдвигается в сторону регистра 1. Стековая память, получившая широкое распространение, реализуется специально разработанными микросхемами.
Е$ ряде случаев работа стековой памяти эмулируется в основной памяти ЭВМ: с помощью программ операционной системы выделяется область памяти под стек (в IBM PC для этой цели выделяется 64 Кбайта). Специальный регистр микропроцессора (указатель стека) постоянно хранит адрес ячейки ОП, выполняющей функции вершины стека. Чтение числа всегда производится из вершины стека, после чего указатель стека изменяется и указывает на очередную ячейку стековой памяти (т.е. фактически стек остается неподвижным, а перемещается вершина стека). При записи числа в стек сначала номер ячейки в указателе стека модифицируется так, чтобы он указывал на очередную свободную ячейку, после чего производится
219
запись числа по этому адресу. Такая работа указателя стека позволяет реализовать принцип "Первым вошел - последним вышел".
Регистровая память с выборкой по содержанию также является безадресной. Обращение к ней осуществляется по специальной маске, содержащей поисковый образ. Из памяти считывается та информация, которая соответствует поисковому образу, зафиксированному в маске.
Ассоциативные ЗУ используются в составе КЭШ - памяти для хранения адресной части команд и операндов исполняемой программы. При этом нет необходимости обращаться к ОП за следующей командой или требуемым операндом: достаточно поместить в маску необходимый адрес, если искомая информация имеется в СОЗУ, то она будет сразу выдана. Обращение к ОП будет необходимо лишь при отсутствии требуемой информации в СОЗУ. За счет этого сокращается число обращений к ОП, что позволяет существенно экономить микропроцессорное время, так как обращение к СОЗУ требует в 5 - 10 раз меньше времени, чем обращение к ОП.
220
218 :: 219 :: 220 :: Содержание
