Комментарий. Один из элементов микроархитектуры процессоров для хранения данных и отслеживания исполнения команд

Определение

Термин: Кэш-память

Кэш-память

Один из элементов микроархитектуры процессоров для хранения данных и отслеживания исполнения команд. Это увеличивает производительность и повышает эффективность использования кэш-памяти за счет передачи большего количества команд в исполнительные блоки процессора и уменьшения общего времени, требуемое на возврат из неверно предсказанных ветвлений.

Cache Buffer

Кэш-память - это блок высокоскоростной памяти, в которую копируются данные, извлеченные из оперативной памяти. Такое сохранение основных команд позволяет повысить производительность процессора. Процессоры Intel имеют кэш-память первого (L1) и второго (L2) уровней. Кэш-память 2 уровня - это высокоскоростная память, повышающая производительность процессора за счет уменьшения среднего времени доступа к памяти.

Буферное запоминающее устройство, работающее со скоростью, обеспечивающей функционирование процессора без режимов ожидания.
(Терминологическая база данных по информатике и бизнесу [Электронный ресурс])

Необходимость в создании кэш-памяти возникла потому, что появились процессоры с очень высоким быстродействием. Между тем для выполнения сложных прикладных процессов нужен большой объем памяти.

Использование же больших объемов сверхскоростной памяти невыгодно. Поэтому между оперативной памятью и процессором стали устанавливать меньший по размерам высокоскоростной буфер, названный кэш-памятью. Более того, последнюю разделили на встроенную в процессор и внешнюю. Встроенная кэш-память по сравнению с внешней имеет более высокое быстродействие и, естественно, более высокую стоимость. Поэтому по емкости первая меньше второй.

В кэш-память записывается часть команд и данных, содержащихся в оперативной памяти. При этом нередко создаются две кэш-памяти, одна из которых хранит команды, а другая - данные. Методика выбора команд и данных, которые передаются из оперативной памяти в кэш-память, определяет скорость обработки данных, ибо может оказаться, что в некоторые моменты времени в кэш-памяти нет нужных команд или данных. В таких случаях процессор переходит в режим ожидания, а из оперативной памяти в кэш-память передается нужное. Поэтому алгоритм выбора команд и данных из оперативной памяти определяет быстродействие всей системы.

После окончания процесса обработки полученные данные должны быть записаны в память.
(Терминологическая база данных по информатике и бизнесу [Электронный ресурс])

В свою очередь кэш-память разделяют на кэш первого и второго уровней. Например, в персональных компьютерах на процессорах Pentium III кэш первого уровня имеет до 16 Кбайт для данных и для адресов кэш второго уровня имеет ёмкость 256 Кбайт. Кэши первого и второго уровней встроены в процессорный кристалл, ёмкость оперативной памяти составляет десятки – сотни Мбайт. Для связи наиболее быстродействующих устройств (процессора, оперативной и кэш-памяти, видеокарты) используется системная шина со средней пропускной способностью один – два Гбайт/с.

Кроме системной шины на материнской плате компьютера имеются шина расширения для подключения сетевого контроллера и быстрых внешних устройств (например шина PSI с пропускной способностью 133 Мбайт/с) и шина медленных внешних устройств, таких как клавиатура, мышь, принтер и т.п.

Рабочие станции (workstation) по сравнению с персональными компьютерами представляют собой вычислительную систему, ориентированную на выполнение определённых функций.

Специализация обеспечивается как набором программ, так и аппаратно за счёт использования дополнительных специализированных процессоров.

Так в САПР для машиностроения преимущественно применяют графические рабочие станции для выполнения процедур геометрического моделирования и машинной графики. Эта направленность требует мощного процессора, высокоскоростной шины, памяти достаточно большой ёмкости.

Высокая производительность процессора необходима по той причине, что графические операции (например, перемещение изображений, их повороты, удаление скрытых линий и т.д.) часто выполняются по отношению ко всем элементам изображения.

Такими элементами в трёхмерной графике при аппроксимации поверхностей полигональными сетками являются многоугольники. Их число может превышать 10⁴ (10000). С другой стороны, для удобства работы проектировщика в интерактивном режиме задержка при выполнении команд указанных выше операций не должна превышать несколько секунд.

Но поскольку каждая такая операция по отношению к каждому многоугольнику реализуется большим числом машинных команд, требуемое быстродействие составляет десятки миллионов машинных операций в секунду.

Такое быстродействие при приемлемой цене достигается наряду с основным универсальным процессором дополнительными специализированными (графическими) процессорами, в которых определённые графические операции реализуются аппаратно.

В наиболее мощных рабочих станциях в качестве основных процессоров используют высокопроизводительные процессоры с сокращённой системой команд (c RISC-архитектурой), работающие под управлением одной из разновидностей операционной системы UNIX.

В менее мощных рабочих станциях используют технологию Wintel (т.е. микропроцессоры Intel и операционные системы Windows). Графические процессоры выполняют такие операции, как например растеризация – представление изображения в растровой форме для её визуализации, перемещения, вращения, масштабирования, удаления скрытых линий и т.п.

Типичные характеристики рабочих станций:

− Несколько процессоров;

− Десятки-сотни Мбайт оперативной памяти и тысячи Мбайт внешней памяти

− Наличие кэш-памяти;

− Системная шина со скоростями от сотен Мбайт/с до 1-2 Гбайт/с.

В зависимости от назначения в САПР существуют АРМ конструктора, АРМ технолога, АРМ руководителя проекта и т.д. они могут различаться составом периферийных устройств, характеристиками ЭВМ.

В АРМ конструктора (графических рабочих станциях) используются растровые мониторы с цветными трубками. Типичные значения характеристик мониторов находятся в пределах:

1. Размер экрана по диагонали 17-24 дюйма (фактически изображение занимает площадь на 5-8% меньше, чем указывается в паспортных данных).

2. Разрешающая способность монитора, т.е. число различимых пикселей (отдельных точек, из которых состоит изображение), определяется шагом между отверстиями в маске, через которую проходит к экрану электронный луч в электронно-лучевой трубке.

Этот шаг находится в пределах 0,21-0,28 мм, что соответствует количеству пикселей изображения от 800*600 до 1920*1200 и более. Чем выше разрешающая способность, тем шире должна быть полоса пропускания электронных блоков видеосистемы при одинаковой частоте кадровой развёртки.

Полоса пропускания видеоусилителя находится в пределах 110-150 Мгц и поэтому частота кадровой развёртки обычно снижается с 135 Гц для разрешения 640*480 до 60 Гц для разрешения 1600*1200.

Чем ниже частота кадровой развёртки, т.е. частота регенерации изображения, тем заметнее мерцание экрана. Желательно, чтобы эта частота была не ниже 80 Гц.

Основные параметры монитора.

Теперь перейдём к таким параметром мониторов как размеры, разрешения и частоты обновления. В случае с мониторами, размер - один из ключевых параметров. Монитор требует пространства для своей установки, а пользователь хочет комфортно работать с требуемым разрешением. Кроме этого, необходимо, чтобы монитор поддерживал приемлемую частоту регенерации или обновления экрана (refresh rate). При этом все три параметра - размер (size), разрешение (resolution) и частота регенерации (refresh rate) - должны всегда рассматриваться вместе, если вы хотите убедиться в качестве монитора, который решили купить, потому что все эти параметры жестко связаны между собой, и их значения должны соответствовать друг другу.

Разрешение монитора (или разрешающая способность) связана с размером отображаемого изображения и выражается в количестве точек по ширине (по горизонтали) и высоте (по вертикали) отображаемого изображения. Например, если говорят, что монитор имеет разрешение 640x480, это означает, что изображение состоит из 640x480=307200 точек в прямоугольнике, чьи стороны соответствуют 640 точкам по ширине и 480 точкам по высоте. Это объясняет, почему более высокое разрешение соответствует отображению более содержательного (детального) изображения на экране. Понятно, что разрешение должно соответствовать размеру монитора, иначе изображение будет слишком маленьким, чтобы его разглядеть. Возможность использования конкретного разрешения зависит от различных факторов, среди которых возможности самого монитора, возможности видеокарты и объем доступной видеопамяти, которая ограничивает число отображаемых цветов. Выбор размера монитора жестко связан с тем, как вы используете свой компьютер: выбор зависит от того, какие приложения вы обычно используете, например, играете, используете текстовый процессор, занимаетесь анимацией, используете CAD и т.д. Понятно, что, в зависимости от того, какое приложение вы используете, вам требуется отображение с большей или меньшей детализацией. На рынке традиционных CRT-мониторов под размером обычно понимают размер диагонали монитора, при этом размер видимой пользователем области экрана обычно несколько меньше, в среднем, на 1", чем размер трубки. Производители могут указывать в сопровождающей документации два размера диагонали, при этом видимый размер обычно обозначается в скобках или с пометкой "Viewable size", но иногда указывается только один размер, размер диагонали трубки.

Обычно мониторы с большой диагональю трубки представляются в качестве лучшего решения, даже при наличии некоторых проблем, таких, как стоимость и требуемое пространство на рабочем столе. Выбор размера, а, следовательно, и лучшего разрешения, зависит от того, как вы используете монитор: например, если вы крайне редко используете компьютер, лишь для того, чтобы написать письмо, то для вас лучшим решением может быть 14" монитор, даже с разрешением 640x480; с другой стороны, если вам требуется больше рабочего пространства на экране при использовании текстового процессора, то для вас гораздо лучше подойдет 15" монитор с разрешением 800x600, который имеет еще и также преимущество над 14" монитором, как менее изогнутая поверхность экрана.

Если вы пользуетесь электронными таблицами, занимающими большую площадь, и вам требуется одновременное использование нескольких документов, то стоит остановить свой выбор на 17" мониторе с разрешением 1024x768, а лучше с разрешением 1280x1024. Если вы профессионально занимаетесь версткой, дизайном и моделированием в CAD-системах, то вам потребуется монитор с диагональю от 17" до 24" для работы в разрешениях от 1280x1024 до 1600x1200 точек. Большой монитор с поддержкой высокого разрешения позволит вам более комфортно работать, так как вам не потребуется увеличивать картинку, или перемещать отдельные ее части, или использовать виртуальный десктоп, когда несколько мониторов подключены к одной или нескольким видеокартам. Наличие большого монитора - это все равно, что смотреть через окно на мир: чем больше окно, тем больше вы видите без необходимости выглядывать наружу.

Дата добавления: 2015-05-26