Mavzu: Asosiy xotira, statik va dinamik xotiraning tuzilishi
Yüklə 167,37 Kb. Pdf görüntüsü
|
|
Mavzu: Asosiy xotira, statik va dinamik xotiraning tuzilishi Reja 1. Asosiy xotira. 2. Dinamik RAMning o'ziga xos xususiyatlaridan foydalanish 3. Kompyuter xotirasi (OZU, RAM) 1. Zamonaviy kompyuterlarda asosiy xotirani tashkil etish tamoyillari. Asosiy xotira - bu xotira iyerarxiyasining keyingi darajasi. Asosiy xotira keshning talablarini qondiradi va kirish-chiqarish interfeysi vazifasini bajaradi, chunki u kirish uchun mo'ljallangan joy va chiqadigan manbadir. Asosiy xotiraning ishlashini baholash uchun ikkita asosiy parametr qo'llaniladi: kechikish va tarmoqli kengligi. An'anaga ko'ra, asosiy xotiraning kechikishi kesh xotirasi bilan bog'liq va tarmoqli kengligi yoki tarmoqli kengligi I / O bilan bog'liq. L2 keshining tobora ommalashib borishi va bunday kesh xotirasining blok hajmining oshishi bilan asosiy xotiraning o'tkazuvchanligi kesh xotirasi uchun ham muhim ahamiyat kasb etadi. Xotiraning kechikishi an'anaviy ravishda ikkita parametr bilan o'lchanadi: kirish vaqti va tsikl vaqti. Kirish vaqti - bu o'qish uchun so'rovni berish va so'ralgan so'zning xotiradan kelishi bilan vaqt oralig'i. Xotira tsiklining davomiyligi ketma-ket ikkita xotiraga kirish o'rtasidagi minimal vaqt bilan belgilanadi. Zamonaviy kompyuterlarning asosiy xotirasi statik va dinamik RAM (Random Access Memory) mikrosxemalarida amalga oshiriladi. Statik xotira mikrosxemalari (SRAM) kirish vaqtini qisqartiradi va yangilanish davrlarini talab qilmaydi. Dinamik RAM (DRAM) mikrosxemalari yuqori quvvat va arzon narxlar bilan ajralib turadi, ammo ular regeneratsiya davrlarini talab qiladi va kirish vaqtlari ancha uzoqroq. DZUEP odatda ikki bosqichda ko'rib chiqiladi. Birinchi bosqich RAS signalini berishdan boshlanadi - qabul qilingan satr manzilini mikrosxemada o'rnatadigan qator-accessstrobe (satr manzili strobi). Ikkinchi bosqichda manzilni ustun manzilini ko'rsatish uchun almashtirish va CAS signalini qo'llash kiradi -column-accessstobe (ustunli manzil strobi), bu manzilni tuzatadi va mikrosxemaning chiqish buferlariga imkon beradi. Ushbu signallarning nomlari mikrosxemaning ichki tashkiloti bilan bog'liq bo'lib, u qoida tariqasida to'rtburchaklar matritsa bo'lib, uning elementlari qator manzili va ustun manzilini ko'rsatish orqali hal qilinishi mumkin. DZUVPni tashkil qilish uchun qo'shimcha talab - bu uning holatini davriy yangilash zarurati. Bunday holda, mag'lubiyatdagi barcha bitlarni bir vaqtning o'zida qayta tiklash mumkin, masalan, ushbu satrni o'qish orqali. Shu sababli, asosiy kompyuter xotirasining barcha DRAM mikrosxemalarining barcha qatorlariga vaqti-vaqti bilan 8 millisekundlik tartibda ma'lum vaqt oralig'ida kirish kerak. Ushbu talab, boshqa narsalar qatori, ba'zida kompyuterning asosiy xotira tizimiga protsessor kira olmasligini anglatadi, chunki u har bir mikrosxe maga regeneratsiya signallarini yuborishga majbur. DRAM dizaynerlari regeneratsiyaga sarflanadigan vaqtni umumiy vaqtning 5 foizidan kamrog'ida saqlashga harakat qilishadi. Dinamiklardan farqli o'laroq, statik RAMlar regeneratsiyani talab qilmaydi va ularga kirish vaqti tsikl vaqtiga to'g'ri keladi. Taxminan bir xil texnologiyadan foydalanadigan mikrosxemalar uchun DRAMning quvvati, taxminiy hisob-kitoblarga ko'ra, SRAM quvvatidan 4-8 baravar ko'p, ammo ikkinchisining aylanish davri 8-16 baravar qisqaroq va yuqori narxga ega. Shu sabablarga ko'ra 1975 yildan keyin sotilgan deyarli har qanday kompyuterning asosiy xotirasida yarimo'tkazgichli DRAM chiplari ishlatilgan (kesh xotirasini yaratish uchun DRAM ishlatilgan). Tabiiyki, istisnolar mavjud edi, masalan, CrayResearch superkompyuterlarining operativ xotirasida SRAM chiplari ishlatilgan. Protsessor tezligi oshib borishi bilan muvozanatli tizimni ta'minlash uchun asosiy xotira hajmi chiziqli ravishda o'sishi kerak. So'nggi yillarda dinamik xotira mikrosxemalarining hajmi har uch yilda to'rt baravar ko'payib, yiliga taxminan 60 foizga ko'paymoqda. Afsuski, o'sha davrda ushbu sxemalarning tezligi ancha sekin o'sdi (yiliga taxminan 7%). Shu bilan birga, protsessorning ishlashi 1987 yildan beri deyarli yiliga 50% ga oshdi. 1-jadvalda DRAMning turli avlodlarining asosiy vaqt parametrlari keltirilgan. Год появления Емкость кристалла Длительность RAS Дли-тельность CAS Время цикла Оптими-зиро-ванный режим max min 1980 1983 1986 1989 1992 1995 64 Кбит 256 Кбит 1 Мбит 4 Мбит 16 Мбит 64 Мбит 180 нс 150 нс 120 нс 100 нс 80 нс 65 нс 150 нс 120 нс 100 нс 80 нс 60 нс 45 нс 75 нс 50 нс 25 нс 20 нс 15 нс 10 нс 250 нс 220 нс 190 нс 165 нс 120 нс 100 нс 150 нс 100 нс 50 нс 40 нс 30 нс 20 нс Shubhasiz, zamonaviy protsessorlarning ishlash ko'rsatkichlarini hisoblash tizimlarining asosiy xotirasi tezligiga moslashtirish bugungi kunda eng muhim muammolardan biri bo'lib qolmoqda. Kesh hajmini oshirish va darajali kesh tashkilotini joriy qilish orqali ishlashni yaxshilash uchun avvalgi bobda keltirilgan usullar iqtisodiy jihatdan samarali bo'lmasligi mumkin. Shuning uchun zamonaviy ishlanmalarning muhim yo'nalishi - bu DRAMni tashkil qilishning maxsus usullari, shu jumladan uning tashkil etilishi tufayli o'tkazuvchanlik yoki xotira o'tkazuvchanligini oshirish usullari. Kesh xotirasini tashkil qilish uchun, tarmoq o'tkazuvchanligini oshirishdan ko'ra, xotira kechikishini kamaytirish muhimroq. Biroq, xotira o'tkazuvchanligi oshgani sayin, yo'qolgan yo'qotishlarni sezilarli darajada oshirmasdan, kesh bloklari hajmini oshirish mumkin. Xotiraning o'tkazuvchanligini oshirishning asosiy usullari quyidagilardir: xotiraning bit chuqurligini yoki "kengligini" oshirish, xotira qatlamini ishlatish, mustaqil xotira banklaridan foydalanish, xotira banklariga ziddiyatsiz kirishni ta'minlash, dinamik xotira mikrosxemalarining maxsus ish rejimlaridan foydalanish. Asosiy xotiraning bit razryadligini oshirish Birinchi darajali kesh xotirasi ko'p hollarda ma'lumotlar shinalarining so'z kengligi soniga mos keladigan jismoniy kengligiga ega, chunki ko'pchilik kompyuterlar ushbu ma'lumot birligiga qo'ng'iroq qilishadi. L2 keshga ega bo'lmagan tizimlarda, asosiy xotira ma'lumotlari shinalari ko'pincha kesh ma'lumotlar shinalari bilan bir xil bo'ladi. Kesh va asosiy xotira avtobuslarining kengligini ikki baravar yoki to'rt baravar oshirish, mos ravishda xotira tizimining o'tkazuvchanligini ikki yoki to'rt baravar oshiradi. Kengroq avtobuslarni amalga oshirish kesh xotirasi va protsessor o'rtasida ma'lumotlarni ko'paytirishni talab qiladi, chunki bu so'z hali ham protsessorda asosiy ishlov berish birligi hisoblanadi. Ushbu multipleksorlar o'zlarini protsessorga kiradigan ma'lumotlarning muhim yo'lida topadilar. L2 keshi bu muammoni biroz yumshatadi, chunki bu holda multipleksorlar kesh xotirasining ikki darajasi o'rtasida joylashgan bo'lishi mumkin, ya'ni. ular kiritadigan kechikish unchalik muhim emas. Xotira hajmini oshirish bilan bog'liq yana bir muammo xotirani bosqichma-bosqich kengaytirish uchun minimal hajmni (o'sishni) aniqlash zarurati bilan belgilanadi, bu ko'pincha tizimning saytida foydalanuvchilarning o'zi tomonidan amalga oshiriladi. Xotira kengligini ikki baravar yoki to'rt baravar oshirish bu minimal o'sishni ikki yoki to'rt baravar oshiradi. Va nihoyat, keng xotiraga ega tizimlarda xatolarni tuzatishni tashkil qilish bilan bog'liq muammolar mavjud. Keng asosiy xotirani tashkil qilishning misoli - L2 keshi, xotira avtobusi va xotiraning o'zi 256 bitli bo'lgan Alpha AXP 21064 tizimi. Paketli xotira Tizimda bir nechta xotira chiplarining mavjudligi bunday tashkilotga xos bo'lgan potentsial parallellikdan foydalanishga imkon beradi. Buning uchun xotira mikrosxemalari ko'pincha banklarga yoki belgilangan miqdordagi so'zlarni o'z ichiga olgan modullarga birlashtiriladi va bir vaqtning o'zida bankning faqat bitta so'ziga kirish mumkin. Yuqorida ta'kidlab o'tilganidek, haqiqiy tizimlarda bunday xotira banklariga kirishning tezligi kamdan-kam hollarda etarli. Shuning uchun yuqori kirish tezligini olish uchun bir vaqtning o'zida ko'plab xotira banklariga kirish kerak. Buning uchun ishlatiladigan keng tarqalgan usullardan biri xotira qatlami deb ataladi. Stratifikatsiyalashda xotira banklari odatda ketma -ket N, i, i + 1, i + 2, ..., i + N-1 xotira manzillari N har xil banklarga tushishi uchun buyurtma qilinadi. I-chi xotira banki faqat manzillari kN + i shaklidagi so'zlarni o'z ichiga oladi. Agar biz har bir bankdagi ma'lumotlarga har bir kirish ta'minlanganligini ta'minlasak, uning shaxsiy bankiga qaraganda umuman xotiraga kirish tezligini N baravar yuqori bo'lishiga erishish mumkin. Bunday qatlamli tuzilmalarni amalga oshirishning turli usullari mavjud. Ularning aksariyati turli banklarga manzil yuboradigan va banklardan keladigan ma'lumotlarni ko'paytiradigan quvurlarga o'xshaydi. Shunday qilib, tabaqalanish darajasi yoki koeffitsienti manzillarning xotira banklari bo'yicha taqsimlanishini belgilaydi. Bunday tizimlar ketma -ket xotira manzillariga kirishni optimallashtiradi, bu ma'lumot o'qish paytida kesh xotirasiga tushirilganda, shuningdek yozishda, agar kesh xotirasida teskari nusxalash mexanizmlaridan foydalanilsa. Ammo, agar siz mos kelmaydigan xotira so'zlariga kirishingiz kerak bo'lsa, qatlamli xotiraning ishlashi sezilar li darajada yomonlashishi mumkin. Xotirani qatlamlash g'oyasini umumlashtirish - bu bir nechta xotira tekshirgichlari xotira banklarining mustaqil ishlashiga imkon beradigan bo'lsa, bir nechta mustaqil kirishni amalga oshirish imkoniyati. Agar xotira tizimi ko'plab mustaqil so'rovlarni qo'llab -quvvatlashga mo'ljallangan bo'lsa, tizimning samaradorligi ko'p jihatdan turli banklarning mustaqil so'rovlari chastotasiga bog'liq bo'ladi. Tartibli manzillar yoki umuman olganda toq son bilan farq qiladigan manzilla r an'anaviy qatlamli xotira sxemalari bilan yaxshi ishlaydi. Muammolar paydo bo'ladi, agar ketma-ket qo'ng'iroqlarning manzillaridagi farq teng bo'lsa. Yirik kompyuterlarda ishlatiladigan echimlardan biri bu xotira banklari sonini sezilarli darajada ko'paytirish orqali bunday qo'ng'iroqlar ehtimolini statistik ravishda kamaytirishdir. Masalan, NEC SX / 3 superkompyuterida 128 ta xotira banki ishlatiladi. Bu kabi muammolarni dasturiy ta'minot ham, qo'shimcha qurilmalar ham hal qilishi mumkin. 2. Dinamik RAMning o'ziga xos xususiyatlaridan foydalanish DRAM-ga kirish ikki bosqichdan iborat: qatorga kirish va ustunga kirish. Bunday holda, qatorning bitlari ustunga kirishdan oldin mikrosxemaning ichida buferlanadi. Ipning kattaligi odatda xotira o'limining kvadrat ildizidir: 1 Mbit uchun 1024 bit, 4 Mbit uchun 2048 bit va boshqalar. Ishlashni oshirish uchun barcha zamonaviy xotira chiplari qo'shimcha qatorga kirish vaqtisiz ketma - ket buferli kirishga imkon beruvchi sinxronizatsiya signallarini taqdim etadi. Bu ning uchta usuli mavjud: • blokirovka qilish rejimi (nibblemode) - DRAM har bir RAS signal uchun ketma-ket to'rtta katakchani taqdim etishi mumkin. • sahifa rejimi (pagemode) - bufer statik RAM sifatida ishlaydi; ustun manzilini o'zgartirganda, qatorga yangi kirish kelguniga qadar yoki regeneratsiya vaqti kelguniga qadar buferdagi ixtiyoriy bitlarga kirish mumkin. • statik kolonna rejimi - Sahifa rejimiga juda o'xshash, faqat ustun manzilini o'zgartirish uchun har safar ustun manzili strobini almashtirish zarur emas. 1 Mbit DRAM mikrosxemalaridan boshlab, aksariyat DRAMlar ushbu rejimlarning istalganiga imkon beradi va rejim tegishli ulanishlarni tanlab chipni paketga o'rnatish bosqichida tanlanadi. Ushbu operatsiyalar DRAM uchun xotira tsikli vaqtining ta'rifini o'zgartirdi. Shakl. 7.4 an'anaviy tsikl vaqtini va optimallashtirilgan rejimdagi qo'ng'iroqlar orasidagi maksimal tezlikni ko'rsatadi. Ushbu optimallashtirishning afzalligi shundaki, u ichki DRAM sxemalariga asoslangan va tizim narxini biroz oshirib, xotira o'tkazuvchanligini deyarli to'rt baravar oshirishga imkon beradi. Masalan, nibblemode xotira qatlamiga o'xshash rejimlarni qo'llab-quvvatlash uchun ishlab chiqilgan. Kristall bir vaqtning o'zida to'rtta bitning qiymatlarini o'qiydi va ularni to'rtt a optimallashtirilgan tsikl uchun beradi. Agar avtobusni uzatish vaqti optimallashtirilgan tsikl vaqtidan oshmasa, to'rt qavatli tabaqalashtirish bilan xotirani tashkil qilishning yagona murakkabligi bu biroz murakkab soatni boshqarish davri. Sahifalar rej imi va statik ustunlar rejimidan ham foydalanish mumkin, bu esa yanada murakkab boshqaruv elementlari bilan qatlamlanishning yanada yuqori darajasini ta'minlaydi. DRAM dizaynidagi tendentsiyalardan biri bu uch holatli buferlarning mavjudligi. Bu shuni ko'rsatadiki, ko'p sonli xotira chiplari bilan an'anaviy qatlamlashni amalga oshirish uchun tizim har bir xotira banki uchun bufer chiplarini taqdim etishi kerak. DRAMning yangi avlodlari DRAM va protsessor o'rtasidagi interfeysni yanada optimallashtirish uchun mo'ljallangan. Masalan, RAMBUS kompaniyasining mahsulotlari. Ushbu kompaniya standart DRAM uskunasini oladi va bitta chipning ishlashini alohida komponentning ishlashiga emas, balki xotira tizimining ishlashiga o'xshash qiladigan yangi interfeysni taqdim etadi. RAMBUS RAS / CAS signallarini tashlab, ularni avtobusga almashtirdi, bu esa manzilni yuborish va ma'lumotlarning kelishi o'rtasidagi boshqa kirishlarni amalga oshirishga imkon beradi. Ushbu turdagi avtobuslar paketli kommutatsiya qilingan avtobuslar yoki bo'linadigan tranzaktsion avtobuslar deb nomlanadi, ular boshqa boblarda muhokama qilinadi. Ushbu avtobus kristalning alohida xotira banki sifatida ishlashiga imkon beradi. Kristall har bir so'rov bo'yicha o'zgaruvchan hajmdagi ma'lumotlarni qaytarishi mumkin va hatto yangilanishni o'zi ham amalga oshiradi. RAMBUS bayt interfeysi va soat signalini taqdim etadi, shuning uchun mikrosxemalar protsessorning soat tezligi bilan sinxronlashi mumkin. Manzil quvuri to'ldirilgandan so'ng, bitta chip har 2 sekundda bayt chiqarishi mumkin. Ko'pgina asosiy xotira tizimlari protsessorlar va xotira chiplari o'rtasidagi ishlash farqlarini kamaytirish uchun DRAM sahifa rejimiga o'xshash usullardan foydalanadi. Saqlash moslamasi (xotira) axborot va dastur buyruqlarini kompyuterda saqlash uchun mo'ljallangan. Xotirada saqlanadigan ma'lumotlar 0 va 1 kodlangan raqamlar, belgilar, so'zlar, buyruqlar, manzillar va boshqalar. Raqamni xotiraga yozish, bu raqamni belgilangan manzil bo'yicha katakchaga joylashtirish va dastur buyrug'i bilan namuna olguncha u erda saqlash demakdir. Ushbu katakchadagi avvalgi ma'lumotlar yozilgan. Dasturlashda, masalan, Paskalda yoki Cda katak manzili o'zgaruvchi nomi bilan bog'lanadi, u dasturchi tomonidan tanlangan harflar va raqamlar kombinatsiyasi bilan ifodalanadi. Xotiradan raqamni o'qish, belgilangan manzil bo'lgan katakchadan raqam olish demakdir. Bunday holda, raqamning nusxasi xotiradan kerakli qurilmaga uzatiladi va raqamning o'zi hujayrada qoladi. Axborotni yo'naltirish degani, ma'lumot bir katakchadan o'qilib, boshqasiga yozilishini anglatadi. Hujayra manzili boshqaruv blokida (CU) hosil bo'ladi, so'ngra ma'lumot kanalini ochadigan manzilni tanlash qurilmasiga kiradi 3. Kompyuter xotirasi (OZU, RAM) Qisqartirilgan kompyuter xotirasi RAM (tezkor kirish xotirasi) yoki RAM (tezkor kirish xotirasi) deb nomlanadi. RAMning maqsadi Ma'lumotlarni saqlash va ularni keyinchalik qayta ishlash uchun protsessorga o'tkazish uchun buyruqlar. Axborot operativ xotiradan darhol protsessor tomonidan ishlov berilishi uchun emas, balki operativ xotiradan tezroq bo'lgan protsessorning kesh xotirasiga tushishi mumkin. Protsessor tomonidan bajarilgan hisob-kitoblar natijalarini saqlash. Hujayralar tarkibini o'qish (yoki yozish). Operativ xotira xususiyatlari Operativ xotira faqat kompyuter yoqilganda ma'lumotni tejashga qodir. Shuning uchun, uni o'chirib qo'yganingizda, qayta ishlangan ma'lumotlar qattiq diskda yoki boshqa saqlash vositalarida saqlanishi kerak. Dasturlar ishga tushirilgandan so'ng, ma'lumotlar RAMga, masalan, kompyuterning qattiq diskidan kiradi. Dastur bilan ishlash paytida u RAMda (odatda) mavjud. U bilan ishlash tugashi bilanoq, ma'lumotlar qattiq diskka yoziladi. Boshqacha qilib aytganda, operativ xotiradagi axborot oqimlari juda dinamik. RAM - bu tasodifiy kirish xotirasi qurilmasi. Bu shuni anglatadiki, istalgan vaqtda istalgan RAM xujayrasidan ma'lumotlarni o'qish / yozish mumkin. Taqqoslash uchun, masalan, magnit lenta ketma-ket saqlash moslamasi. RAM mantiqiy qurilmasi Tezkor kirish xotirasi har birining o'z manziliga ega bo'lgan hujayralardan iborat. Barcha kataklarda bir xil sonli bit mavjud. Qo'shni hujayralar ketma - ket manzillarga ega. Xotira manzillari, ma'lumotlar kabi, ikkilik raqamlarda ifodalanadi. Odatda bitta yacheykada 1 bayt ma'lumot mavjud (8 bit, 8 bit bilan bir xil) va kirish mumkin bo'lgan eng kichik ma'lumot birligi hisoblanadi. Biroq, ko'plab jamoalar so'zda so'zlar bilan ishlaydi. So'z - bu 4 yoki 8 baytli xotira maydoni (boshqa variantlar ham mumkin). RAM turlari Ikki xil tezkor xotirani ajratish odatiy holdir: statik (SRAM) va dinamik (DRAM). SRAM protsessorning kesh xotirasi sifatida, DRAM esa kompyuterning operativ xotirasi sifatida ishlatiladi. SRAM triggerlardan tashkil topgan. Triggerlar faqat ikkita holatda bo'lishi mumkin: "yoqilgan" yoki "o'chirilgan" (bitli saqlash). Trigger zaryadni saqlamaydi, shuning uchun holatlar o'rtasida o'tish juda tez. Biroq, tetikleyiciler yanada murakkab ishlab chiqarish texnikasini talab qiladi. Bu muqarrar ravishda qurilmaning narxida aks etadi. Ikkinchidan, tranzistorlar guruhi va ular orasidagi bog'lanishlardan tashkil topgan tetik ko'p joy egallaydi (mikro darajada), buning natijasida SRAM juda katta moslama hisoblanadi. DRAM-da flip-floplar mavjud emas va bit bitta tranzistor va bitta kondansatör yordamida saqlanib qoladi. Bu arzonroq va ixchamroq bo'lib chiqadi. Biroq, kondensatorlar zaryadni saqlaydi va zaryadlash-tushirish jarayoni flip-flopni almashtirishdan uzoqroq. Natijada DRAM sekinroq ishlaydi. Ikkinchi kamchilik - bu kondansatkichlarning o'z-o'zidan tushishi. Zaryadni ushlab turish uchun u muntazam ravishda yangilanadi, bu qo'shimcha vaqtni oladi. RAM modulining turi Tashqi tomondan, shaxsiy kompyuterning operativ xotirasi bosilgan elektron platadagi mikrosxemalar (8 yoki 16 dona) modulidir. Modul anakartdagi maxsus ulagichga kiritilgan. Shaxsiy kompyuterlar uchun RAM modullari dizayni bo'yicha SIMM (bir tomonlama pinout) va DIMM (ikki tomonlama pinout) ga bo'linadi. DIMM - ning ma'lumot uzatish tezligi SIMMga qaraganda tezroq. Hozirgi vaqtda DIMM- lar asosan ishlab chiqarilmoqda. RAMning asosiy xarakteristikalari - bu axborot hajmi va ishlashi. Bugungi kunda operativ xotira hajmi gigabaytda ko'rsatilgan. Yüklə 167,37 Kb. Dostları ilə paylaş:
|