Пропускная способность процессора и памяти

Непрерывный рост производительности ЭВМ проявляется в повышении скорости процессора, которая достигается за счёт использования более новых быстродействующих электронных схем, а также специальных архитектурных решений, к которым относятся: конвейерная и веерная обработка информации, которые связаны с работой оперативной памяти (ОП).

Быстродействие ОП также растёт, однако всё время отстаёт от быстродействия процессора в значительной степени, потому что одновременно происходит рост её объёма, что делает более трудным уменьшение времени цикла работы ОП.

Без согласования пропускных способностей процессора и ОП невозможно в ЭВМ реализовать производительность, соответствующую быстродействию процессора.

Для решения указанных проблем используют специальные структурные решения:

1. Конвейеризация процедур цикла выполнения команды, то есть выполнение параллельно во времени операции в АЛУ с выборкой из памяти следующей команды. Этот принцип разработал Лебедев в 1956 г.;

2. Расслоение ОП путём многомодульного построения с "веерной" адресацией, при которой смежные адреса информационных единиц, соответствующих ширине выборки принадлежат разным модулям. Это позволяет с задержками на один такт считывать группу слов из ячеек ОП с последовательными адресами, что значительно сокращает время обращения к памяти.

3. Буферизация, то есть использование включённых между процессором и ОП более быстродействующих, чем ОП буферных памятей сравнительно небольшого объёма. Эта буферная память является структурным элементом процессора.

Указанные буферные памяти скрыты от пользователя в том смысле, что к ним нет возможности обратится и более того пользователь может не знать об их существовании.

В связи с этим указанная буферная память получила название КЭШ-память (скрытая память). Присутствие КЭШ-памяти позволяет повысить быстродействие системы в целом.

При обращении процессора к ОП для считывания, в КЭШ передаётся блок информации, содержащий нужное слово. При этом происходит опережающая выборка, так как высока вероятность того, что ближайшие обращения будут происходить к словам этого же блока, уже находящегося в КЭШ. Это приводит к значительному уменьшению среднего времени, затрачиваемого на выбор данных (команды и операнды).

Эффективность КЭШ-памяти, зависящая от её ёмкости, размера блока, соотношения времени считывания слова из КЭШ и блока из ОП проявляется в уменьшении среднего времени, затраченного на выборку слова данных и определяется следующими выражениями:

КЭШ-память подразделяется на 2 типа:

1. КЭШ с запоминанием новой информации одновременно в КЭШ и в ОП, при этом всегда в ОП есть последняя копия хранящейся в КЭШ информации. Этот метод менее быстродействующий;

2. С запоминанием новой информации только в КЭШ и копирование её в ОП только при передаче в другие устройства или при вытеснении информации из КЭШ.

Дата добавления: 2014-01-07