Организация подсистемы памяти в ПК

Лекция 6. Организация памяти

Назначение и функции чипсета в микропроцессорной системе

Чипсет (CHIPset) - это набор БИС (обычно 1-3 микросхемы), функционально эквивалентный микросхемам, входящим в стандартную конфигурацию микропроцессорной системы. Как правило, чипсет интегрирует в себе функции следующих устройств:

• контроллера оперативной памяти;
• контроллеров кэш-памяти 2-го и/или 3-го уровня;
• контроллеров ПДП;
• контроллеров приоритетных прерываний;
• контроллера клавиатуры;
• контроллера мыши PS/2;
• контроллера инфракрасного порта;
• таймера реального времени;
• моста шины PCI;
• моста шины ISA и др.

Обычно в составе чипсета выделяют:

• северный мост (North Bridge) - системный контроллер, в который входит контроллер системной шины, шин AGP и PCI, ОЗУ и кэш-памяти (для наборов под обычный Pentium);
• южный мост (SOUTh Bridge) - периферийный контроллер, включающий контроллеры EIDE, клавиатуры, моста PCI-to-PCI, последовательных/параллельных портов, шины USB и других подобных устройств.

Выбор чипсета во многом определяет конфигурацию МПС и ее производительность. Если МП можно заменить, а емкость ОЗУ увеличить, то замена чипсета однозначно связана с заменой системной платы, а ограничения чипсета также однозначно ограничивают возможности замены других элементов МПС: МП, ОЗУ, внешних устройств. Чипсет накладывает ограничения на следующие функциональные характеристики системы в целом: тип памяти, тип кэш-памяти второго и/или третьего уровня, тип МП, максимальная частота системной шины, тип шины PCI (32- или 64-разрядная); поддержка многопроцессорной конфигурации и некоторые другие характеристики. Практика показывает, что разница в производительности системных плат разных фирм, построенных с применением одного и того же чипсета, составляет от силы несколько процентов, между тем как тот же параметр для различных чипсетов может отличаться на порядок.

В данной лекции рассматриваются вопросы организации подсистемы памяти персональных компьютеров, иерархия памяти, варианты архитектуры и алгоритмов функционирования кэш-памяти. Проведен обзор существующих технологий асинхронной и синхронной динамической памяти (DRAM).

Цель: познакомить с иерархией подсистемы памяти ПК, с вопросами организации кэш-памяти, рассмотреть перспективы развития технологий DRAM, сформировать умения и навыки оценки эффективности и производительности подсистемы памяти вычислительной системы.

Запоминающие устройства (ЗУ) подсистемы памяти ПК можно выстроить в следующую иерархию (табл. 6.1):

Таблица 6.1. Иерархия подсистемы памяти ПК
№	Тип ЗУ	1985 г.	2000 г.
Время выборки	Типичный объем	Цена / байт	Время выборки	Типичный объем	Цена / байт
	Сверхоперативные ЗУ (регистры)	0,2 5 нс	16/32 бит	$ 3 - 100	0,01 1 нс	32/64/128 бит	$ 0,1 10
	Быстродействующее буферное ЗУ (кэш)	20 100 нс	8Кб - 64Кб	~ $ 10	0,5 - 2 нс	32Кб 1Мб	$ 0,1 - 0,5
	Оперативное (основное) ЗУ	~ 0,5 мс	1Мб - 256Мб	$ 0,02 1	2 нс 20 нс	128Мб - 4Гб	$ 0,01 0,1
	Внешние ЗУ (массовая память)	10 - 100 мс	1Мб - 1Гб	$ 0,002 - 0,04	5 - 20 мс	1Гб - 0,5Тб	$ 0,001 - 0,01

Регистры процессора составляют его контекст и хранят данные, используемые исполняющимися в конкретный момент командами процессора. Обращение к регистрам процессора происходит, как правило, по их мнемоническим обозначениям в командах процессора. Кэш используется для согласования скорости работы ЦП и основной памяти. В вычислительных системах используют многоуровневый кэш: кэш I уровня (L1), кэш II уровня (L2) и т.д. В настольных системах обычно используется двухуровневый кэш, в серверных - трехуровневый. Кэш хранит команды или данные, которые с большой вероятностью в ближайшее время поступят процессору на обработку. Работа кэш-памяти прозрачна для программного обеспечения, поэтому кэш-память обычно программно недоступна.

Дата добавления: 2014-01-06