22. Способы организации оперативной памяти ЭВМ

Структура модуля памяти определяется способом организации ОП (способ адресации).

Существует 3 разновидности организации памяти:

1) адресная память

2) память со стековой организацией

3) ассоциативная организация ОП

С точки зрения функционального построения, любое ЗУ этого типа представляет собой некоторый массив элементов памяти. Структурные элементы памяти образуют ячейки памяти. Ширина ячеек – ширина выборки из памяти.

1) В адресной памяти, размещение и поиск информации в массиве запоминания, базируется на основе номера (адреса). Массив запоминания элементов содержит N n-разрядных слов, которые пронумерованы (0…N-1). Электронное обрамление включает в себя регистры для хранения адреса памяти, регистр информации (само слово), схемы адресной выборки (адресации), разрядные усилители для чтения и записи.

Массив запоминания (ЗМ) содержит N n-разрядных слов. Регистр адреса памяти (РАП) + схема адресной выборки + усилитель считывания + усилитель записи + регистр информации памяти (РИП) + схема управления – электронное обрамление. Цикл работы памяти инициируется сигналом обращения к памяти и операцией (ЗП/ЧТ). При инициировании обращения производится дешифрация адреса схемы адресной выборки. Если задана операция чтения, то активизируется усилитель считывания и информация через усилитель считывания предается в регистр информации памяти. Если память требует динамической регенерации, то после регистра информации памяти все поступает в регистр адреса памяти.

Если происходит чтение, то активизируется усилитель записи, который обеспечивает запись из регистра информации памяти в нужное место памяти.

2) Стековая память является безадресной. Ячейки стековой памяти представляют собой

одномерный массив n-разрядных ячеек, в котором соседи связаны друг с другом.

Для операций с памятью доступна только 0 ячейка. Операция с памятью инициируется сигналом обращения.

Каждая операция записи, инициируемая сигналом обращения к памяти, приводит к тому, записанные данные помещаются в 0 ячейку памяти. При этом все ранние записи в памяти слова автоматически сдвигаются на 1 адрес ниже. Операция чтения, инициируемая сигналом обращения, приводит к тому, что на выходе памяти формируется значение слова, находящиеся в 0 ячейке памяти. При этом все имеющиеся слова сдвигаются на одно слово вверх. Счетчик стека нужен только для контроля заполнения и очищения стека. Техническая реализация стековой памяти оказывается сложнее адресной памяти. Стековая память используется достаточно широко (короткий стек из микропрограммирования). Чаще всего применяется не стековая память, а адресное поле, которое функционирует по принципу стека.

3) ассоциативная память. Исторически последняя. Является представителем многофункциональных запоминающих устройств (возможна обработка данных без процессора в памяти). Отличительная особенность: поиск любой информации в ЗМ производится не по адресу, а по ассоциативным признакам (признакам опроса). Поиск производится одновременно по всем ячейкам ЗМ.

Типовая структура ассоциативной памяти:

РАП - регистр ассоциативного опроса, РМ - регистр маски, РгСв - регистр связи. У каждой ячейки памяти существует бит занятости (1 - есть или 0 - нет слова). Опрос производится на основе двух признаков: признака ассоциативного опроса (в РАП) и маски, которая находится в РМ. Поиск производится по незамаскированным разрядам. Поиск начинается с сигнала опроса (производится опрос всего ЗМ). Результаты опроса фиксируются в РгСв через комбинационную схему (КС). Если некоторые биты замаскированы, они не участвуют в операции. По результатам опроса с помощью формирования считывания (ФС), формируется 3 сигнала.

С помощью них выполняются операции чтения и записи.

Чтение:

если α0 - результат пустое множество;

если α1 - слово считывается в РИП; если

если α2 - процедура чтения может строиться по-разному:

1) считывается первый из элементов ЗМ, удовлетворяющий признаку запроса

2) считывание всех элементов, применяются методы множественного считывания

(последовательное чтение), результат множество слов.

Запись: опрос по полю занятости. Ищется свободная ячейка, если результат α1 или α2 - производится запись в первую свободную ячейку. Сложности возникают, когда результатом является α0.

С точки зрения структуры, любая основная память компьютера может быть построена, как одноблочная, либо как многоблочная (сейчас одноблочная память практически не используется).

 

Многоблочную память строят из однотипных блоков.

1-й способ: Массив ячеек (плохой вариант)

Преимущества:

· Можно делать память переменного объема

· Можно выиграть на времени дешифрации адреса

Недостатки:

· Большие затраты на поиск свободного пространства при фрагментации

· Ненадежная (при физическом повреждении полностью выходит из строя)

· Дорогая при производстве (при больших объемах памяти)

2-й способ: Многоблочная

Преимущества:

· Можно организовать параллельную работу блоков

· Надежная (при физическом повреждении блока другие блоки продолжают работать)

· Дешевле при производстве (при больших объемах памяти)

· Защита от несанкционированного выхода программы за выделенный блок.

Недостатки:

·                    Затраты на дешифрацию адреса

Помимо податливости к наращиванию емкости, блочное построение памяти обладает еще одним достоинством — позволяет сократить время доступа к информации. Это возможно благодаря потенциальному параллелизму, присущему блочной организации.

Большей скорости доступа можно достичь за счет одновременного доступа ко многим банкам памяти. Одна из используемых для этого методик называется расслоением памяти. В ее основе лежит так называемое чередование адресов (address interleaving), заключающееся в изменении системы распределения адресов между банками памяти.

У каждого блока есть два регистра: RGA (регистр адреса, который хранит адрес в блоке) и RGD (регистр данных, который хранит либо результат чтения, либо данные для записи). Адрес ячейки запоминается в индивидуальном регистре адреса, и дальнейшие операции по доступу к ячейке в каждом блоке протекают независимо. При большом количестве блоков среднее время доступа к ОП сокращается почти в В раз (В — количество блоков), но при условии, что ячейки, к которым производится последовательное обращение относятся к разным блокам. Если же запросы к одному и тому же блоку следуют друг за другом, каждый следующий запрос должен ожидать завершения обслуживания предыдущего. Такая ситуация называется конфликтом по доступу. При частом возникновении конфликтов по доступу метод становится неэффективным.

Коэффициент расслоения – количество адресов, которое ОП может принять без задержки

Относительный коэффициент расслоения = коэффициент расслоения / количество блоков