Реально существующую основную память называют физической, а



Стр.1                                                                                            Архитектура вычислительных систем

Лекция №1

Введение.                                                                                                                                           В настоящее время идёт стремительное развитие технологии СБИС.

Интеграция элементов и частота их синхронизации достигли фантастических результатов. Однако человеческая мысль не стоит на месте и технологические усовершенствования подкрепляются новымиструктурными подходами к увеличению производительности вычислительных систем.

Исторически первыми появились методы, повышающие производительность процессоров и однопроцессорных систем. Конвейерные, матричные, векторные вычисления составляли основу скалярных и суперскалярных процессоров и суперЭВМ. Сейчас на первый план выходят многопроцессорные системы как симметричные (SMP - системы) c разделяемой памятью, так и с массовым параллелизмом (MPP - системы). Предложено множество различных вариантов построения таких систем и осуществлена их практическая реализация.

Структурные методы повышения

Производительности вычислительных систем

Повышение пропускной способности памяти.

Многоуровневая система памяти. Желательно, чтобы память ЭВМ

Обладала как можно большей емкостью и как можно большим

Быстродействием. Трудно, однако, найти тип ЗУ, который бы

Удовлетворял этим противоречащим друг другу требованиям

Одновременно. Тенденция развития ЗУ такова, что более

Быстродействующие из них имеют и более высокую стоимость. Поэтому реализовать память, обладающую большой емкостью и высоким быстродействием, можно при совместном использовании дешевых ЗУ большой емкости и небольших по емкости, но быстродействующих ЗУ. В оптимальном сочетании таких ЗУ и состоит суть многоуровневой структуры памяти.

На рис.1.1.показан классический пример памяти с многоуровневой

Структурой. Емкость памяти на каждом из уровней этой памяти

Увеличивается в направлении от процессора в следующей

Последовательности: регистры процессора, буферная

(быстродействующая) память, основная память, внешняя память, а

Повышение быстродействия этих устройств идет в обратном порядке.

С точки зрения программиста основная память рассматривается как с произвольной выборкой и одномерной адресацией. Наличие буферного ЗУ лишь увеличивает эквивалентную скорость выборки из основного ЗУ, не внося никаких изменений в используемую программой систему адресации.Буферное ЗУ называется кэш-памятью.

Многоуровневая организация связана с передачей информации между разнотипными ЗУ и обеспечивает одновременно и быстродействие, и большую емкость памяти ЭВМ. Но в основе такой организации заложен принцип локального обращения к ЗУ.

          

Стр.2

                                                                                                       

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      

Стоимость                                                                                                                                   

Время  хранения                                                                                                                 Объём                                                                                     доступа           1 байта                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              

                                                                                                                     

                                                                                                                                                                                              

                              

Рис.1.1 Многоуровневая структура памяти

           

Это означает, что расстояние между областями памяти , к которым происходят обращения , должно быть , как правило, небольшим, т. е. часть адресного пространства, пределами которого оно ограничено в течение какого-то интервала времени , должна быть по возможности небольшой. При этом данные , обращение к которым происходит часто, размещаются в быстродействующих ЗУ, что способствует повышению быстродействия многоуровневой памяти в целом .

       Рассмотрим в качестве модели многоуровневой памяти                   структуру на рис. 1.2, состоящую из ЗУ двух типов: M1 и М2. Пусть их емкости равны соответственно n1 и n2, а времена выборки t1 и t2. Эквивалентное время выборки t(a) многоуровневой памяти , состоящей из M1 и М2, определяетсяпо формуле:                       стр.3

                                             t(a) = t(1)+ (1/ N) t(2)   (1.1)  

                                                                                                                        

                                                                 

Рис.1.2 Модель двухуровневой памяти      

   Здесь дробь 1/N (коэффициент несовпадения) выражает степень необходимости обращения к М2 из-за отсутствия данных, к которым происходит обращение в M1. Следовательно, N показывает, что на N обращений к M1 в среднем приходится одно обращение к М2

   Значение N увеличивается по мере увеличения п1. Обычно стремятся обеспечить его равным 10 и более. В результате t(a) принимает значение,близкое к t(1), при емкости многоуровневой памяти, равной n2>>n1.

    Виртуальная память. Память, в организации которой используется механизм расширения ограниченной емкости основной памяти с помощью устройств памяти, например накопителей на флэш-картах, называется виртуальной памятью.

Виртуальная память представляет собой единое адресное пространство , в котором физическая ограниченность емкости основной памяти скрыта от программиста. Таким образом, для программиста создается видимость произвольной адресации с отсутствием ограничений на емкость используемой памяти , что значительно облегчает программирование. Кроме того, использование виртуальной организации памяти способствует повышению взаимозаменяемости программ между вычислительными системами.

Реально существующую основную память называют физической, а

Ее адреса – физическими , логическую память – виртуальной , а ее адреса -виртуальными (логическими). Соответствие между физическими и виртуальными адресами устанавливается совместно аппаратными средствами ЭВМ и ее операционной системой. Обычно виртуальное адресное пространство размещается во внешней памяти , например на флэш-картах.

Часть этого пространства , необходимая для выполнения программ в данный момент, копируется в основной памяти. Для реализации         виртуальной памяти необходимо разделить все адресное пространство памяти на части и организовать соответствующий обмен между стр.4 основной и внешней памятью. При этом память разбивается на страницы и сегменты. При разбиении на страницы виртуальное и реальное адресные пространства делятся на части фиксированной                                                                                                                                       

Длины , называемые страницами. Адрес каждой страницы виртуального пространства ставится в соответствие адресу страницы физического адресного пространства . Взаимосвязь между адресами обоих типов устанавливается таблицей преобразования адресов (таблицей страниц ), пример которой приведен на рис.1.3.

                                                                                                                                                                                                                                                                                          Перенос страницы виртуального пространства в основную память


Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 253; Мы поможем в написании вашей работы!






Мы поможем в написании ваших работ!