Блочная организация основной памяти

Емкость основной памяти современных ВМ слишком велика, чтобы ее можно было реализовать на базе единственной интегральной микросхемы (ИМС). Необходи­мость объединения нескольких ИМС ЗУ возникает также, когда разрядность ячеек в микросхеме ЗУ меньше разрядности слов ВМ.

Увеличение разрядности ЗУ реализуется за счет объединения адресных вхо­дов объединяемых ИМС ЗУ. Информационные входы и выходы микросхем явля­ются входами и выходами модуля ЗУ увеличенной разрядности (рис. 41).

Полу­ченную совокупность микросхем называют модулем памяти. Модулем можно считать и единственную микросхему, если она уже имеет нужную разрядность. Один или несколько модулей образуют банк памяти.

Рис.45. Увеличение разрядности памяти

Для получения требуемой емкости ЗУ нужно определенным образом объеди­нить несколько банков памяти меньшей емкости. В общем случае основная памятьВМ практически всегда имеет блочную структуру, то есть содержит несколько банков.

При использовании блочной памяти, состоящей из В банков, адрес ячейки А преобразуется в пару (b, w), где b — номер банка, w — адрес ячейки внутри банка. Известны три схемы распределения разрядов адреса A между b и w:

блочная (номер банка b определяет старшие разряды адреса);

циклическая (b = A mod В; w = A div В);

блочно-циклическая (комбинация двух предыдущих схем).

Рассмотрение основных структур блочной ОП будем проводить на примере памяти емкостью 512 слов (2⁹), построенной из четырех банков по 128 слов в каждом, Типовая структура памяти, организованная в соответствии с блочной струк­турой, показана на рис. 42.

Рис. 46. Структура основной памяти на основе блочной схемы

Адресное пространство памяти разбито на группы последовательных адресов, и каждая такая группа обеспечивается отдельным банком памяти. Для обращения к ОП используется 9-разрядный адрес, семь младших разрядов которого (А₆ - А₀)поступают параллельно на все банки памяти и выбирают в каждом из них одну ячейку. Два старших разряда адреса (А₈, А₇)содержат номер банка. Выбор банка обеспечивается либо с помощью дешифратора номера банка памяти, либо путем мультиплексирования информации (на рис. 46. показаны оба варианта). В функ­циональном отношении такая ОП может рассматриваться как единое ЗУ, емкость которого равна суммарной емкости составляющих, а быстродействие — быстро­действию отдельного банка.

Расслоение памяти

Помимо податливости к наращиванию емкости, блочное построение памяти обла­ет 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.

Прием чередования адресов базируется на ранее рассмотренном свойстве локальности по обращению, согласно которому последовательный доступ в память обычно производится к ячейкам, имеющим смежные адреса. Иными словами, если в данный момент выполняется обращение к ячейке с адресом 5, то следующее об­ращение, вероятнее всего, будет к ячейке с адресом 6, затем 7 и т. д. Чередование адресов обеспечивается за счет циклического разбиения адреса. В нашем примере (рис.43) для выбора банка используются два младших разряда адреса (А_1, А₀), а для выбора ячейки в банке — 7 старших разрядов (A_s-A₂).

Рис. 47. Блочная память с чередованием адресов по циклической схеме

Поскольку в каждом такте на шине адреса может присутствовать адрес только одной ячейки, параллельное обращение к нескольким банкам невозможно, однако оно может быть организовано со сдвигом на один такт. Адрес ячейки запоминает­ся в индивидуальном регистре адреса, и дальнейшие операции по доступу к ячей­ке в каждом банке протекают независимо. При большом количестве банков сред­нее время доступа к ОП сокращается почти в В раз (В — количество банков), но при условии, что ячейки, к которым производится последовательное обращение, относятся к разным банкам. Если же запросы к одному и тому же банку 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.

В блочно-циклической схеме расслоения памяти каждый банк состоит из не­скольких модулей, адресуемых по круговой схеме. Адреса между банками распределены по блочной схеме. Таким образом, адрес ячейки разбивается на три части. Старшие биты определяют номер банка, следующая группа разрядов адреса ука­зывает на ячейку в модуле, а младшие биты адреса выбирают модуль в банке. Схе­му иллюстрирует рис.48.

Рис.48. Блочно-циклическая схема расслоения памяти

Традиционные способы расслоения памяти хорошо работают в рамках одной задачи, для которой характерно свойство локальности. В многопроцессорных сис­темах с общей памятью, где запросы на доступ к памяти достаточно независимы, не исключен иной подход, который можно рассматривать как развитие идеи рас­слоения памяти. Для этого в систему включают несколько контроллеров памяти, что позволяет отдельным банкам работать совершенно автономно. Эффективность данного приема зависит от частоты независимых обращений к разным банкам. Лучшего результата можно ожидать при большом числе банков, что уменьшает вероятность последовательных обращений к одному и тому же банку памяти. Так, в суперкомпьютере NEC SX/3 основная память состоит из 128 банков.

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...

ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования...

Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: