Hisoblash tizimlari xotirasini tashkil etish. Umumiy xotiraga ega hisoblash tizimlari

3.1-mavzu Kompyuter tizimlarida hisob-kitoblarni tashkil etish

Samolyotning maqsadi va xususiyatlari. Hisoblash tizimlarida hisob-kitoblarni tashkil etish. Parallel kompyuter, buyruqlar oqimi va ma'lumotlar oqimi tushunchalari. Assotsiativ tizimlar. Matritsa tizimlari. Quvur liniyasini hisoblash. Buyruqning quvuri, ma'lumotlar quvuri. Superskalarizatsiya.

Talaba kerak

bilish:

Buyruqlar oqimi tushunchasi;

Ma'lumotlar oqimi tushunchasi;

Hisoblash tizimlarining turlari;

Hisoblash tizimlarining me'moriy xususiyatlari

Hisoblash tizimlari

Hisoblash tizimi (Quyosh)- axborotni yig'ish, saqlash, qayta ishlash va tarqatish uchun mo'ljallangan o'zaro bog'liq va o'zaro ta'sir qiluvchi protsessorlar yoki kompyuterlar, periferik uskunalar va dasturiy ta'minot to'plami.

Qurolli Kuchlarni yaratish quyidagi asosiy maqsadlarni ko'zlaydi:

· Ma'lumotlarni qayta ishlashni tezlashtirish orqali tizim ish faoliyatini oshirish;

· Hisob-kitoblarning ishonchliligi va aniqligini oshirish;

· Foydalanuvchini qo'shimcha xizmatlar bilan ta'minlash va boshqalar.

3.2-mavzu

Buyruqlar soniga va ma'lumotlar oqimlariga qarab samolyotlarning tasnifi: OKOD (SISD), SMD (SIMD), MKOD (MISD), MKMD (MIMD).

Umumiy xotirani amalga oshirishning turli usullari bilan ko'p protsessorli samolyotlarning tasnifi: UMA, NUMA, SOMA. Qiyosiy xususiyatlar, apparat va dasturiy ta'minot xususiyatlari.

Ko'p transport vositalarining tasnifi: MPP, NDW va COW. Uchrashuv, xususiyatlari, xususiyatlari.

Har xil turdagi samolyotlarga misollar. Har xil turdagi hisoblash tizimlarining afzalliklari va kamchiliklari.

Hisoblash tizimlarining tasnifi

Klassik kompyuterlarga nisbatan samolyotning o'ziga xos xususiyati shundaki, unda amalga oshiradigan bir nechta kompyuterlar mavjud parallel ishlov berish .

Operatsiyalarni bajarilishining parallelligi tizim ish faoliyatini sezilarli darajada oshiradi; u ishonchliligini ham sezilarli darajada oshirishi mumkin (agar tizimning bir komponenti ishlamay qolsa, uning vazifasini boshqasi o'z zimmasiga olishi mumkin), shuningdek operatsiyalar takrorlanadigan bo'lsa va natijalar taqqoslansa, tizimning ishlash ishonchliligi.

Hisoblash tizimlarini ikki guruhga bo'lish mumkin:

· ko'p mashinali ;

· ko'p protsessor .

Ko'p mashinali hisoblash tizimi bir nechta alohida kompyuterlardan iborat. Ko'p mashinali tizimdagi har bir kompyuter klassik arxitekturaga ega va bunday tizim keng qo'llaniladi. Biroq, bunday hisoblash tizimidan foydalanish samarasini faqat maxsus tuzilishga ega bo'lgan masalani echishda olish mumkin: uni tizimda qancha kompyuter bo'lsa, shuncha kuchsiz bog'langan kichik topshiriqlarga bo'lish kerak.

Multiprotsessor arxitekturasi kompyuterda bir nechta protsessorlar mavjudligini taxmin qiladi, shuning uchun ko'plab ma'lumotlar oqimlari va ko'plab buyruqlar oqimlari parallel ravishda tashkil etilishi mumkin. Shunday qilib, bitta topshiriqning bir nechta qismlari bir vaqtning o'zida bajarilishi mumkin. Ko'p protsessorli hisoblash tizimlarining bir protsessorga nisbatan tezligi ustunligi aniq.

Kamchilik - bir nechta protsessorlar bir xil xotira maydoniga kirganda ziddiyatli vaziyatlarning yuzaga kelish ehtimoli.

Ko'p protsessorli hisoblash tizimlarining xususiyati umumiy resurs sifatida umumiy RAMning mavjudligidir (11-rasm).

11-rasm - Ko'p protsessorli hisoblash tizimining arxitekturasi

Flinnning tasnifi

Barcha ko'rib chiqilgan samolyotlarni tasniflash tizimlari orasida eng keng tarqalgani 1966 yilda M. Flinn tomonidan taklif qilingan tasnif edi. Bunga asoslanadi oqim tushunchasi , bu buyruq ketma-ketligi yoki protsessor tomonidan qayta ishlangan ma'lumotlar elementlari sifatida tushuniladi. Flinn arxitekturaning to'rtta sinfini buyruqlar oqimlari va ma'lumotlar oqimlari soniga qarab ajratib turadi:

· OKOD - bitta buyruq oqimi - bitta ma'lumot oqimi. Ular orasida klassik fon Neumann VM mavjud. Quvurni qayta ishlash muhim emas, shuning uchun ikkala skaler funktsional moslamali VM 6600 va konveyer bilan 7600 OKOD sinfiga kiradi.

· ICOD - bir nechta buyruq oqimi - bitta ma'lumot oqimi. Ushbu arxitekturada bir nechta protsessorlar bir xil ma'lumot oqimini boshqaradi. Masalan, protsessorlarga buzuq signal berilgan VS va protsessorlarning har biri ushbu signalni o'z filtrlash algoritmi yordamida qayta ishlaydi. Shunga qaramay, na Flinn va na boshqa kompyuter arxitekturasi mutaxassislari ushbu printsip asosida qurilgan haqiqiy samolyotni tasavvur qila olishmadi. Bir qator tadqiqotchilar konveyer tizimlarini ushbu sinfga tegishli, ammo bu yakuniy tan olinmadi. Bo'sh sinfga ega bo'lish Flinn tasnifidagi nuqson deb qaralmasligi kerak. Bunday mashg'ulotlar samolyot qurish nazariyasi va amaliyotida yangi tushunchalarni ishlab chiqishda foydali bo'lishi mumkin.

· OKMD - bitta buyruq oqimi - ko'plab ma'lumotlar oqimlari - buyruqlar bitta boshqaruv protsessori tomonidan beriladi va barcha protsessorlarda bir vaqtning o'zida ushbu protsessorlarning mahalliy ma'lumotlari ustida bajariladi. SIMD (bitta ko'rsatma - bir nechta ma'lumotlar)

· ICMD - ko'plab buyruqlar oqimi - ko'plab ma'lumotlar oqimlari - o'zlarining dasturlarida dastlabki ma'lumotlar bilan ishlaydigan kompyuterlar to'plami. MIMD (bir nechta ko'rsatma - bir nechta ma'lumotlar)

Flinnning tasniflash sxemasi samolyotni dastlabki baholashda eng keng tarqalgan, chunki u darhol tizimning asosiy printsipini baholashga imkon beradi. Shu bilan birga, Flinn tasnifi aniq kamchiliklarga ham ega: masalan, ba'zi bir arxitekturalarni bir yoki boshqa sinflarga birma-bir tayinlay olmaslik. Ikkinchi kamchilik - MIMD sinfining haddan tashqari to'yinganligi.

MIMD sinfining mavjud hisoblash tizimlari uchta kichik sinfni tashkil qiladi: nosimmetrik multiprotsessorlar (SMP), klasterlar va massiv parallel tizimlar (MPP). Ushbu tasnif tarkibiy-funktsional yondashuvga asoslangan.

Nosimmetrik multiprotsessorlar Xotira va tashqi qurilmalarga bir xil kirish huquqiga ega bo'lgan va bitta operatsion tizim (OS) ostida ishlaydigan protsessorlar to'plamidan iborat. SMPning alohida ishi bu bitta protsessorli kompyuterlar. Barcha SMP protsessorlari bitta manzil maydoni bilan umumiy xotiraga ega.

SMP-dan foydalanish quyidagi imkoniyatlarni beradi:

· Dasturlarni yangi boshlang'ich xarajatlar evaziga, dasturlarni yangi, samaraliroq uskunalarga aylantirmasdan qo'llash orqali;

· Tanish dasturiy ta'minot muhitida dasturlar yaratish;

· Barcha xotiraga kirish vaqti bir xil;

· Yuqori o'tkazuvchanlik qobiliyatiga ega xabarlarni yuborish qobiliyati;

· Asosiy xotira keshlari va bloklari to'plamining muvofiqligini qo'llab-quvvatlash, bo'linmas sinxronizatsiya va blokirovka operatsiyalari.

Klaster tizimi aloqa tizimi yoki umumiy tashqi xotira qurilmalari, masalan, disk massivlari bilan birlashtirilgan modullardan hosil bo'ladi.

Klaster hajmi bir necha moduldan bir necha o'nlab modullarga o'zgaradi.

Ham umumiy, ham taqsimlangan xotira ichida xotira tizimi arxitekturasining bir nechta modellari amalga oshiriladi. 12-rasmda MIMD sinfining hisoblash tizimlarida ishlatiladigan bunday modellarning tasnifi ko'rsatilgan (bu SIMD sinfiga ham tegishli).

12-rasm - Hisoblash tizimlarining xotira me'morchiligi modellarining tasnifi

Tizimlarda umumiy xotira bilan barcha protsessorlarda bitta manzil maydoniga kirish uchun teng imkoniyatlar mavjud. Bitta xotira bitta blokli yoki modulli shaklda qurilishi mumkin, ammo oxirgi variant odatda qo'llaniladi.

Har qanday protsessorning xotiraga kirishi bir xilda bajariladigan va bir xil vaqtni talab qiladigan umumiy xotiraga ega hisoblash tizimlari deyiladi bir xil xotiraga kirish imkoniyatiga ega tizimlar va UMA (Uniform Memory Access) qisqartmasi bilan belgilanadi. Bu umumiy xotira bilan parallel VS uchun eng keng tarqalgan xotira arxitekturasi.

Texnik jihatdan, UMA tizimlari har birini bog'laydigan tugun mavjudligini taxmin qiladi phar biri bilan protsessorlar txotira modullari. Bunday samolyotlarni yasashning eng oddiy usuli - umumiy avtobus orqali bitta xotira (M P) bilan bir nechta protsessorlarni birlashtirish (P i.). . Biroq, bu holda bir vaqtning o'zida avtobusda protsessorlardan faqat bittasi almashishi mumkin, ya'ni protsessorlar avtobusga kirish uchun raqobatlashishlari kerak. Qachon protsessor R i,xotiradan, boshqa protsessorlardan ko'rsatma oladi P j(i ≠ j) shinasi bo'sh bo'lguncha kutish kerak. Agar tizim faqat ikkita protsessorni o'z ichiga olsa, ular maksimal darajada ishlashga qodir, chunki ularning avtobusga kirishlari bir-biriga bog'lanishi mumkin: bitta protsessor buyruqni dekodlashi va bajarishi bilan, ikkinchisi avtobus yordamida xotiradan keyingi buyruqni olish uchun foydalanishi mumkin. Biroq, uchinchi protsessor qo'shilganda, ishlash pasayishni boshlaydi. Agar avtobusda o'nta protsessor bo'lsa, avtobus tezligining egri chizig'i (12b-rasm) gorizontal holatga keladi, shuning uchun 11 protsessor qo'shilishi ishlashni oshirmaydi. Ushbu rasmdagi pastki egri chiziq xotira va avtobusning xotira aylanishi vaqti va avtobus protokoli birikmasi bilan aniqlangan aniq tarmoqli kengligiga ega ekanligini va umumiy avtobus bilan ko'p protsessorli tizimda ushbu tarmoqli kengligi bir nechta protsessorlarga taqsimlanganligini ko'rsatadi. Agar protsessorning aylanish davri xotira davridan ko'p bo'lsa, ko'pgina protsessorlarni avtobusga ulash mumkin. Ammo, aslida, protsessor odatda xotiradan ancha tezroq ishlaydi, shuning uchun bu sxema keng qo'llanilmaydi.

UMA asosida umumiy xotira bilan multiprotsessorli CS-ni qurishning muqobil usuli 13-rasmda keltirilgan. . Bu erda avtobus protsessor so'rovlarini bir nechta xotira modullaridan biriga yo'naltiradigan kalit bilan almashtiriladi. Bir nechta xotira modullari bo'lishiga qaramay, ularning barchasi bitta virtual manzil maydoniga tegishli. Ushbu yondashuvning afzalligi shundaki, kalit parallel ravishda bir nechta so'rovlarni bajarishga qodir. Har bir protsessor o'zining xotira moduliga ulanishi va unga ruxsat etilgan maksimal tezlikda kirishi mumkin. Protsessorlar o'rtasidagi raqobat bir vaqtning o'zida bir xil xotira moduliga kirishga urinishda paydo bo'lishi mumkin. Bunday holda, faqat bitta protsessor ruxsat oladi, boshqalari esa bloklanadi.

Afsuski, UMA arxitekturasi unchalik yaxshi darajada emas. Eng keng tarqalgan tizimlarda 4-8 ta protsessor, kamroq 32-64 ta protsessor mavjud. Bundan tashqari, bunday tizimlarga tegishli bo'lishi mumkin emas xavfsiz, chunki bitta protsessor yoki xotira modulining ishdan chiqishi butun samolyotning ishdan chiqishiga olib keladi.

13-rasm - Umumiy xotira:

a) avtobus va tizim yordamida protsessorlarni mahalliy keshlar bilan birlashtirish;

b) avtobusdagi protsessorlar sonining funktsiyasi sifatida tizimning ishlashi;

v) alohida modullardan tashkil topgan, umumiy xotiraga ega bo'lgan ko'p protsessorli samolyotlar

Umumiy xotira VS ni yaratishning yana bir yondashuvi xotiraga heterojen kirish , nUMA (Non-Uniform Memory Access) sifatida belgilangan. Bu erda, avvalgidek, bitta manzil maydoni mavjud, ammo har bir protsessor mahalliy xotiraga ega. Protsessor to'g'ridan-to'g'ri o'zining mahalliy xotirasiga kirishadi, bu masofaviy xotiraga kalit yoki tarmoq orqali kirishdan ancha tezroq. Bunday tizim global xotira bilan to'ldirilishi mumkin, keyin mahalliy xotira qurilmalari global xotira uchun tezkor kesh xotirasi vazifasini bajaradi. Bunday sxema samolyotning ish faoliyatini yaxshilashi mumkin, ammo u to'g'ridan-to'g'ri ishlashni tenglashtirishni cheksiz kechiktirishga qodir emas. Agar har bir protsessorda mahalliy kesh mavjud bo'lsa (13-rasm), bu erda katta ehtimollik mavjud (p\u003e0.9) kerakli buyruq yoki ma'lumotlar allaqachon mahalliy xotirada ekanligini. Mahalliy xotirani urish ehtimoli o'rtacha protsessorning global xotiraga qo'ng'iroqlarini sezilarli darajada kamaytiradi va shu bilan samaradorlikni oshiradi. Ishlash egri chizig'idagi tanaffusning joylashishi (13b-rasmdagi yuqori egri chiziq ), protsessorlarning qo'shilishi hali ham samarali bo'lgan nuqta endi protsessor mintaqasiga 20, egri chiziqning gorizontal holatga o'tishiga esa protsessor mintaqasiga 30 ko'chiriladi.

Kontseptsiya doirasida NUMAqisqartirish bilan belgilangan bir nechta turli xil yondashuvlar amalga oshiriladi SOMA, CC-NUMAva NCC-NUMA.

IN faqat kesh arxitekturasi (SOMA, faqat kesh xotirasi arxitekturasi) har bir protsessorning lokal xotirasi "o'z" protsessordan tezkor kirish uchun katta kesh xotirasi sifatida qurilgan. Barcha protsessorlarning keshlari birgalikda tizimning global xotirasi hisoblanadi. Haqiqiy global xotira yo'q. SOMA kontseptsiyasining asosiy xususiyati dinamikada ifodalanadi. Bu erda ma'lumotlar statik ravishda ma'lum bir xotira moduli bilan bog'lanmagan va o'zgaruvchining butun umri davomida o'zgarishsiz qoladigan noyob manzilga ega emas. SOMA arxitekturasida ma'lumotlar oxirgi marta so'ragan protsessorning kesh xotirasiga uzatiladi, shu bilan o'zgaruvchi noyob manzil bilan o'rnatilmagan va istalgan vaqtda har qanday fizik katakda joylashgan bo'lishi mumkin. Ma'lumotlarni bir mahalliy keshdan ikkinchisiga ko'chirish operatsion tizimning ushbu jarayonda ishtirok etishini talab qilmaydi, balki murakkab va qimmat xotirani boshqarish uskunalarini o'z ichiga oladi. Bunday rejimni tashkil qilish uchun, deb atalmish kesh kataloglari . Shuni ham unutmangki, elementning oxirgi nusxasi hech qachon keshdan olib tashlanmaydi.

SOMA arxitekturasi ma'lumotlarni egasi protsessorining mahalliy kesh xotirasiga ko'chirganligi sababli, bunday samolyotlar boshqa NUMA arxitekturalariga nisbatan ishlashning muhim ustunligiga ega. Boshqa tomondan, bitta keshda bitta satrda saqlangan bitta o'zgaruvchi yoki ikkita turli xil o'zgaruvchilar ikkita protsessor tomonidan talab qilinadigan bo'lsa, kesh liniyasi har safar ma'lumotlarga kirishda protsessorlar o'rtasida oldinga va orqaga ko'chirilishi kerak. Bunday effektlar xotirani ajratish tafsilotlariga bog'liq bo'lishi va oldindan aytib bo'lmaydigan vaziyatlarga olib kelishi mumkin.

Model kesh-izchil heterojen xotiraga kirish (CC-NUMA, Cache Coherent Uniformiform Memory Architecture) SOMA modelidan tubdan farq qiladi. CC-NUMA tizimi kesh xotirasidan foydalanmaydi, lekin jismoniy ravishda ajratilgan muntazam xotiradan foydalanadi. Xotira joylari o'rtasida sahifalar yoki ma'lumotlarning nusxasi bo'lmaydi. Dastur xabarlari mavjud emas. Jismoniy jihatdan mis kabel bilan ulangan qismlar va aqlli uskunalar bilan bitta xotira kartasi mavjud. Uskuna asosidagi keshning muvofiqligi shuni anglatadiki, yangilangan ma'lumotlarning bir nechta nusxalarini saqlash yoki uzatish uchun dasturiy ta'minot talab qilinmaydi. Uskuna darajasi bularning barchasini hal qiladi. Tizimning turli tugunlarida mahalliy xotira modullariga kirish bir vaqtning o'zida amalga oshirilishi mumkin va masofaviy xotira modullariga qaraganda tezroq.

Bilan model o'rtasidagi farq keshga mos kelmaydigan bir xil bo'lmagan xotiraga kirish (NCC-NUMA, keshsiz izchil bir xil bo'lmagan xotira me'morchiligi) CC-NUMA nomidan aniq. Xotira arxitekturasi bitta manzil maydonini egallaydi, lekin apparat darajasida global ma'lumotlarning izchilligini ta'minlamaydi. Bunday ma'lumotlardan foydalanishni boshqarish to'liq dasturiy ta'minotga tegishli (dasturlar yoki kompilyatorlar). Arxitekturaning kamchiliklari kabi ko'rinadigan ushbu holatga qaramay, "Tarqatilgan xotira me'morchiligining modellari" bo'limida ko'rib chiqilgan DSM tipidagi xotira me'morchiligi bilan hisoblash tizimlarining ish faoliyatini oshirishda juda foydali bo'lib chiqadi.

Umuman olganda, umumiy xotiraga ega bo'lgan NUMA asosidagi samolyotlar chaqiriladi virtual umumiy xotira arxitekturalari (virtual umumiy xotira me'morchiligi). Ushbu arxitektura turi, xususan CC-NUMA, yaqinda M1MD sinfidagi hisoblash tizimlarining mustaqil va ancha istiqbolli turi sifatida qaraldi.

Tarqatilgan xotira arxitekturasi modellari.Tarqatilgan xotira tizimida har bir protsessor o'z xotirasiga ega va faqat unga murojaat qilishi mumkin. Ba'zi mualliflar ushbu turdagi tizimlarni ko'p transport vositalarini yoki multicomputers , "tizim qurilgan bloklarning o'zi protsessor va xotiraga ega bo'lgan kichik hisoblash tizimlari ekanligini ta'kidlab. tarqatilgan xotira me'morchiligining modellari odatda quyidagicha belgilanadi to'g'ridan-to'g'ri arxitektura masofaviy xotiraga kirish (NORMA, masofaviy xotiraga kirish imkoni yo'q). Ushbu nom har bir protsessor faqat uning mahalliy xotirasiga kirish huquqidan kelib chiqadi. Masofaviy xotiraga (boshqa protsessorning mahalliy xotirasi) kirish faqat manzil xotirasiga ega bo'lgan protsessor bilan xabar almashish orqali amalga oshiriladi.

Ushbu tashkilot bir qator afzalliklarga ega. Birinchidan, ma'lumotlarga kirishda avtobus yoki kalitlarga raqobat yo'q: har bir protsessor o'z mahalliy xotirasi bilan aloqa yo'lining o'tkazuvchanligidan to'liq foydalanishi mumkin. Ikkinchidan, umumiy avtobusning yo'qligi, protsessorlar soniga bog'liq cheklovlar mavjud emasligini anglatadi: tizim hajmi faqat protsessorlar tarmog'i bilan cheklanadi. Uchinchidan, keshning muvofiqligi muammosi olib tashlandi. Har bir protsessor o'zining mahalliy kesh xotirasidagi ma'lumotlar nusxalarini boshqa protsessorlarning keshlari bilan mos keltirishdan tashvishlanmasdan o'z ma'lumotlarini mustaqil ravishda o'zgartirish huquqiga ega.

Talaba kerak

bilish:

Samolyotlarning tasnifi;

Har xil turdagi samolyotlarga misollar.

imkoniyatiga ega bo'lish:

- echilayotgan masalaga muvofiq hisoblash tizimining turini tanlang.

© 2015-2019 sayti
Barcha huquqlar ularning mualliflariga tegishli. Ushbu sayt mualliflik huquqini talab qilmaydi, lekin bepul foydalanishni ta'minlaydi.
Sahifa yaratilgan sana: 2016-07-22

Shaxsiy kompyuterda xotira quyi tizimini tashkil etish

Kompyuter xotirasi quyi tizimining xotiralari quyidagi ierarxiyada joylashtirilishi mumkin (9.1-jadval):

Protsessor registrlari uning kontekstini tashkil qiladi va hozirda bajarilayotgan protsessor ko'rsatmalarida ishlatiladigan ma'lumotlarni saqlaydi. Protsessor registrlariga odatda protsessor ko'rsatmalaridagi mnemonik belgilar kiradi.

Kesh CPU va asosiy xotiraning tezligiga mos kelish uchun ishlatiladi. Hisoblash tizimlarida ko'p darajali kesh ishlatiladi: I darajali (L1) kesh, II darajali (L2) kesh va boshqalar. Ish stoli tizimlarida odatda ikki darajali, server tizimlarida esa uch darajali kesh ishlatiladi. Keshda protsessorga yaqin kelajakda qayta ishlash uchun yuborilishi mumkin bo'lgan ko'rsatmalar yoki ma'lumotlar saqlanadi. Keshning ishlashi dasturiy ta'minot uchun shaffofdir, shuning uchun keshga odatda dasturiy ta'minot kirmaydi.

RAM, qoida tariqasida, funktsional jihatdan to'liq bajarilgan dasturiy ta'minot modullarini (operatsion tizim yadrosi, bajariladigan dasturlar va ularning kutubxonalari, qurilmalar drayverlari va boshqalar) va ularning ma'lumotlarini to'g'ridan-to'g'ri dasturlar ishida ishtirok etadi, shuningdek hisob-kitoblar natijalarini saqlash uchun ishlatiladi yoki ularni tashqi xotiraga, ma'lumotlar chiqaradigan qurilmaga yoki aloqa interfeyslariga yuborishdan oldin boshqa ma'lumotlarni qayta ishlash.

Har bir xotira katagiga o'ziga xos manzil beriladi. Xotirani taqsimlashning tashkiliy usullari dasturchilarga butun kompyuter tizimidan samarali foydalanish imkoniyatini beradi. Ushbu usullarga doimiy ("tekis") xotira modeli va segmentlangan xotira modeli kiradi. Xotiraning yassi modelidan foydalanganda dastur bitta tutashgan manzil maydoni, chiziqli manzil maydoni bilan ishlaydi, unda xotira xujayralari ketma-ket va doimiy ravishda 0 dan 2n-1 gacha raqamlanadi, bu erda n - manzildagi protsessor hajmi. Dastur uchun segmentlangan modeldan foydalangan holda, xotira segmentlar deb nomlangan mustaqil manzil bloklari guruhi bilan ifodalanadi. Xotiraning baytiga murojaat qilish uchun dastur segment selektori va ofsetdan iborat mantiqiy manzildan foydalanishi kerak. Segment selektori ma'lum bir segmentni tanlaydi va ofset tanlangan segmentning manzil maydonidagi ma'lum bir katakchaga ishora qiladi.

Xotirani taqsimlashning tashkiliy usullari dasturning ishchi manzili maydoni tizimda mavjud bo'lgan RAM hajmidan oshib ketadigan hisoblash tizimini tashkil qilishga imkon beradi, RAMning etishmasligi esa tashqi sekinroq yoki arzonroq xotira (qattiq disk, flesh-xotira va boshqalar) bilan to'ldiriladi. ) Ushbu tushuncha virtual xotira deb ataladi. Bunday holda, chiziqli manzil maydonini to'g'ridan-to'g'ri fizik manzil maydoniga (chiziqli manzil - bu jismoniy manzil) yoki disk raskadrovka mexanizmidan foydalanib xaritalash mumkin. Ikkinchi holda, chiziqli manzillar maydoni virtual xotirani tashkil etuvchi teng o'lchamdagi sahifalarga bo'linadi. Disk xotira talab qilinadigan virtual xotira sahifalarini fizik manzil maydoniga xaritalashni ta'minlaydi.

Virtual xotira tizimini amalga oshirish bilan bir qatorda, tashqi xotira qurilmalari fayllar shaklida dasturlar va ma'lumotlarni uzoq muddatli saqlash uchun ishlatiladi.

Kesh xotirasi

Kesh xotirasi - bu protsessor bilan yoki protsessordan tashqarida bir xil o'lchovda joylashgan yuqori tezkor xotira. Kesh CPU va nisbatan sekin asosiy xotira o'rtasida yuqori tezlikda bufer bo'lib xizmat qiladi. Kesh xotirasi g'oyasi RAMga eng katta protsessor kirishini taxmin qilishga asoslangan. Ushbu yondashuv dasturning vaqtinchalik va fazoviy lokalligi printsipiga asoslanadi.

Agar protsessor RAM-dagi ob'ektga kirgan bo'lsa, ehtimol CPU tez orada yana shu ob'ektga murojaat qiladi. Ushbu holatga misol sifatida ko'chadan ma'lumotlar yoki ma'lumotlar bo'lishi mumkin. Ushbu kontseptsiya vaqtinchalik mahalliylik printsipi bilan tavsiflanadi, unga ko'ra tez-tez ishlatiladigan asosiy xotiraning ob'ektlari protsessorga (keshda) "yaqinroq" bo'lishi kerak.

Kesh va RAM tarkibini yarashtirish uchun uchta yozish usuli qo'llaniladi:

• Yozish - kesh xotirasi bilan bir vaqtda, RAM yangilanadi.
• Buferlangan yozish - ma'lumot operativ xotiraga yozilishidan oldin kesh buferida kechiktiriladi va protsessor unga ulanmagan davrda operativ xotiraga qayta yoziladi.
• Qayta yozing - teg maydonidagi o'zgarish bitidan foydalaniladi va faqat bit bit 1 bo'lsa, chiziq RAMga qayta yoziladi.

Odatda, o'tkazib yuborish usullaridan tashqari barchasi ishlashni oshirish uchun RAMga yozishni keyinga qoldirish va guruhlash imkonini beradi.

Kesh xotirasi tarkibida ma'lumotlar bloklarining ikki turi ajralib turadi:

• ma'lumotlarni ko'rsatish xotirasi (RAMdan nusxa olingan ma'lumotlarning o'zi);
• yorliq xotirasi (tezkor xotirada keshlangan ma'lumotlarning joylashishini ko'rsatuvchi belgilar).

Ma'lumotlarni keshda ko'rsatish uchun xotira maydoni satrlarga bo'linadi - belgilangan uzunlikdagi bloklar (masalan, 32, 64 yoki 128 bayt). Har bir kesh satrida RAMdan tutashgan baytlar bloki bo'lishi mumkin. RAMning qaysi bloki berilgan kesh satrida joylashtirilganligi satr yorlig'i va xaritalash algoritmi bilan belgilanadi. RAMni keshga solish algoritmlariga ko'ra, kesh xotirasining uch turi mavjud:

• to'liq assotsiativ kesh;
• to'g'ridan-to'g'ri displey keshi;
• bir nechta assotsiativ kesh.

To'liq assotsiatsiyalangan keshda kesh boshqaruvchisi har qanday RAM blokini keshdagi har qanday satrga moslashtirishi mumkin (9.1-rasm). Bunday holda, jismoniy manzil ikki qismga bo'linadi: blokdagi ofset (kesh liniyasi) va blok raqami. Blok keshga joylashtirilganda blok raqami tegishli satr yorlig'ida saqlanadi. Protsessor blok uchun keshga kirganda, keshni o'tkazib yuborish faqat barcha satrlarning teglarini blok raqami bilan taqqoslagandan so'ng aniqlanadi.

Ushbu displey usulining asosiy afzalliklaridan biri bu operativ xotiradan yaxshi foydalanishdir ma'lum bir kesh satrida qaysi blokni taqqoslash mumkinligi haqida hech qanday cheklov yo'q. Kamchiliklari orasida ushbu usulning kompleks apparatli tatbiqi kiradi, bu esa katta miqdordagi elektronlarni (asosan taqqoslovchilar) talab qiladi, bu esa bunday keshga kirish vaqtining oshishiga va uning narxining oshishiga olib keladi.

Rasmni kattalashtiring
Shakl: 9.1. 10-bitli manzil uchun to'liq assotsiativ 8x8 kesh

Tezkor xotirani keshga solishtirishning muqobil usuli - oldinga yo'naltirilgan kesh (yoki bir tomonlama assotsiativ kesh). Bunday holda, xotira manzili (blok raqami) ushbu blok joylashtiriladigan kesh satrini noyob tarzda aniqlaydi. Jismoniy manzil uch qismga bo'linadi: blok ofset (kesh liniyasi), kesh satrining raqami va yorliq. Ushbu yoki boshqa blok har doim qat'iy belgilangan kesh satriga mos keladi, agar kerak bo'lsa, u erda saqlangan boshqa blokni almashtiradi. Protsessor keshga kerakli blok uchun murojaat qilganda, urish yoki kesh o'tkazib yuborilishini aniqlash uchun tegning faqat bitta satrini tekshirishi kerak.

Ushbu algoritmning aniq afzalliklari - soddaligi va amalga oshirilishining arzonligi. Kamchiliklari qatorni tez-tez qayta yuklanishi sababli bunday keshning past samaradorligini o'z ichiga oladi. Masalan, shakldagi tizimdagi har bir 64-xotira xujayrasi haqida gap ketganda. 9.2-da, kesh boshqaruvchisi bir xil kesh satrini doimiy ravishda ortiqcha yuklashga majbur qiladi, qolgan qismini ishlatmasdan.

Rasmni kattalashtiring
Shakl: 9.2. 10-bitli manzil uchun 8x8 old xaritalash keshi

Aniq kamchiliklarga qaramay, ushbu texnologiya, masalan, Motorola MC68020 MP-da birinchi darajali ko'rsatmalar keshini tashkil qilish uchun muvaffaqiyatli ishlatilgan (9.3-rasm). Ushbu mikroprotsessor 4 baytdan iborat 64 qatorli to'g'ridan-to'g'ri displey keshiga ega. Satr yorlig'i, keshlangan blok manzilini ko'rsatadigan 24 bitdan tashqari, qatorning haqiqiyligini aniqlaydigan muhim bitni o'z ichiga oladi (agar qiymat biti 0 bo'lsa, bu satr yaroqsiz deb hisoblanadi va kesh urishiga olib kelmaydi). Ma'lumotlarga kirish keshlanmagan.

Rasmni kattalashtiring
Shakl: 9.3. MP Motorola MC68020-da kesh xotirasini tashkil etish diagrammasi

Dastlabki ikkita algoritm o'rtasidagi o'zaro bog'liqlik bir nechta assotsiativ kesh yoki qisman assotsiativ keshdir (9.4-rasm). Kesh xotirasini tashkil qilishning ushbu usuli bilan satrlar guruhlarga birlashtirilib, ular tarkibiga 2, 4 ,: qatorlarni kiritish mumkin. Bunday guruhlardagi satrlar soniga muvofiq 2 ta kirish, 4 ta kirish va boshqalar ajratib ko'rsatiladi. assotsiativ kesh. Xotiraga kirishda jismoniy manzil uch qismga bo'linadi: blokdagi ofset (kesh liniyasi), guruh (to'plam) raqami va yorliq. Manzillari ma'lum bir guruhga to'g'ri keladigan xotira bloki ushbu guruhning istalgan qatoriga joylashtirilishi mumkin va tegishli qiymat satr yorlig'iga joylashtiriladi. Tanlangan guruh ichida assotsiativlik printsipiga rioya qilinganligi aniq. Boshqa tomondan, u yoki bu blok faqat aniq belgilangan guruhga kirishi mumkin, bu to'g'ridan-to'g'ri displey keshini tashkil qilish printsipiga mos keladi. Protsessor kesh missini aniqlay olishi uchun unga faqat bitta guruh teglarini tekshirish kerak bo'ladi (2/4/8 /: satrlar).

Rasmni kattalashtiring
Shakl: 9.4. 10-bitli manzil uchun 2-kirish 8x8 assotsiativ kesh

Ushbu xaritalash algoritmi to'liq assotsiatsiyalangan kesh (yaxshi xotiradan foydalanish, yuqori tezlik) va to'g'ridan-to'g'ri kirish keshining (soddaligi va arzonligi) afzalliklarini birlashtiradi, bu xususiyatlar jihatidan dastlabki algoritmlardan bir oz pastroq. Shuning uchun ko'p assotsiativ kesh eng keng tarqalgan (9.2-jadval).

Izohlar: Intel-486 bitta darajadagi ko'rsatma va ma'lumotlar keshidan foydalanadi. Pentium Pro L1-da ma'lumotlar keshi 8 Kbayt 2 tomonlama assotsiatsiyani, boshqa P6 modellarida 16 Kbayt 4 tomonlama assotsiatsiyani tashkil etadi. Pentium 4 L1 ko'rsatmalar keshi o'rniga L1 micro-op keshidan (iz keshidan) foydalanadi.

Kesh xotirasini tashkil qilish uchun siz Princeton arxitekturasidan foydalanishingiz mumkin (ko'rsatmalar va ma'lumotlar uchun aralash kesh, masalan, Intel-486 da). Ushbu aniq (va protsessordan tashqari kesh xotirasi bo'lgan fon Neumann tizimlari uchun muqarrar) har doim ham eng samarali echim emas. Kesh xotirasini ko'rsatmalar va ma'lumotlar keshlariga ajratish (Garvard arxitekturasi keshi) kesh samaradorligini quyidagi sabablarga ko'ra yaxshilaydi:

• Ko'pgina zamonaviy protsessorlar quvur liniyasi arxitekturasiga ega bo'lib, unda quvur bloklari parallel ravishda ishlaydi. Shunday qilib, ko'rsatmalarni olish va ko'rsatmalar ma'lumotlariga kirish quvur liniyasining turli bosqichlarida sodir bo'ladi va alohida kesh xotirasidan foydalanish ushbu operatsiyalarni parallel ravishda bajarishga imkon beradi.
• Ko'rsatmalar keshini faqat o'qish uchun bajarish mumkin va shuning uchun hech qanday yozishni qaytarish algoritmlari talab qilinmaydi, bu esa ushbu keshni soddalashtiradi, arzonlashtiradi va tezlashtiradi.

Shuning uchun Pentiumdan boshlab barcha so'nggi IA-32 modellari L1 keshini tartibga solish uchun Garvard arxitekturasidan foydalanadilar.

Keshning samarali ishlashi mezonini kesh xotirasi bo'lmagan tizim bilan taqqoslaganda xotiraga o'rtacha kirish vaqtining pasayishi deb hisoblash mumkin. Bunday holda, o'rtacha kirish vaqtini quyidagicha hisoblash mumkin:

T cf \u003d (T x x R urish) + (T miss x (1 R urish))

bu erda T urish - bu urish holatida kesh xotirasiga kirish vaqti (miss yoki xitni aniqlash vaqtini o'z ichiga oladi), T miss - keshni o'tkazib yubormagan holda blokni asosiy xotiradan kesh qatoriga yuklash va keyin so'ralgan ma'lumotlarni protsessorga etkazish uchun zarur bo'lgan vaqt. , R urish tezligi.

Shubhasiz, R hitning qiymati 1 ga qanchalik yaqin bo'lsa, T cf ning T hitgacha bo'lgan qiymati shunchalik yaqinlashadi. Xit darajasi asosan kesh arxitekturasi va hajmi bilan belgilanadi. Kesh xotirasining mavjudligi va yo'qligi va uning hajmining protsessorning ishlash hajmining oshishiga ta'siri jadvalda keltirilgan. 9.3.

Protsessor registrlari uning kontekstini tashkil qiladi va hozirda bajarilayotgan protsessor ko'rsatmalarida ishlatiladigan ma'lumotlarni saqlaydi. Qoida tariqasida, protsessor registrlariga protsessor ko'rsatmalaridagi o'zlarining mnemonik belgilari bilan kirish mumkin.

Kesh protsessor va asosiy xotiraning tezligiga mos kelish uchun ishlatiladi. Hisoblash tizimlarida ko'p darajali kesh ishlatiladi: I darajali (L1) kesh, II darajali (L2) kesh va boshqalar. Ish stoli tizimlarida odatda ikki darajali, server tizimlarida esa uch darajali kesh ishlatiladi. Keshda protsessorga yaqin kelajakda qayta ishlash uchun yuborilishi mumkin bo'lgan ko'rsatmalar yoki ma'lumotlar saqlanadi. Keshning ishlashi dasturiy ta'minot uchun shaffofdir, shuning uchun keshga odatda dasturiy ta'minot kirmaydi.

Operativ xotira , odatda, funktsional jihatdan to'liq bajarilgan dasturiy ta'minot modullarini (operatsion tizim yadrosi, bajariladigan dasturlar va ularning kutubxonalari, qurilmalar drayverlari va boshqalarni) va ularning dasturlarning ishlashida bevosita ishtirok etadigan ma'lumotlarni saqlaydi, shuningdek hisob-kitoblar yoki boshqa ishlov berish natijalarini saqlash uchun ishlatiladi ularni tashqi xotiraga, ma'lumotlar chiqaradigan qurilmaga yoki aloqa interfeyslariga yuborishdan oldin ma'lumotlar.

Har bir hujayra tasodifiy kirish xotirasi noyob manzil tayinlangan. Xotirani taqsimlashning tashkiliy usullari dasturchilarga butun kompyuter tizimidan samarali foydalanish imkoniyatini beradi. Ushbu usullarga doimiy ("tekis") xotira modeli va segmentlangan xotira modeli kiradi. Xotiraning yassi modelidan foydalanganda dastur bitta qo'shni manzil maydoni, chiziqli manzil maydoni bilan ishlaydi, unda xotira xujayralari ketma-ket va doimiy ravishda 0 dan 2n-1 gacha raqamlanadi, bu erda n - manzildagi protsessor hajmi. Dastur uchun segmentlangan modeldan foydalanilganda, xotira segmentlar deb nomlangan mustaqil manzil bloklari guruhi bilan ifodalanadi. Xotiraning baytiga murojaat qilish uchun dastur segment selektori va ofsetdan iborat mantiqiy manzildan foydalanishi kerak. Segment selektori ma'lum bir segmentni tanlaydi va ofset tanlangan segmentning manzil maydonidagi ma'lum bir katakchaga ishora qiladi.

Xotira hisoblash tizimlarining muhim qismidir. Protsessor va xotiraning o'zaro ta'sirini tashkil qilish hisoblash tizimining asosiy xususiyatlarini belgilaydi, qolgan elementlar ushbu bog'lanishni tashqi qurilmalar bilan tashqi dunyo bilan bog'lashni ta'minlaydi. Xotira xotirani boshqarish tekshirgichiga (xotirani boshqarish moslamasi) manzil shinasi, ma'lumotlar shinasi va boshqaruv shinasi orqali ulanadi. Ma'lumotlar shinasining bit kengligi bir vaqtning o'zida (bittadan) qancha bitni xotiradan o'qish mumkinligini aniqlaydi. Har bir bit (1 bit) xotira elementida saqlanadi. Har xil turdagi xotira elementlari ma'lumotni yozib olish va saqlash uchun turli xil fizik printsiplar asosida qurilgan. Xotira elementlari xotira xujayralariga birlashtiriladi. Bunday holda, hujayraning barcha elementlari bir vaqtning o'zida, xuddi shu tarzda murojaat qilinadi va ular bir vaqtning o'zida ma'lumotlar avtobusiga ma'lumotlarni chiqarishi uchun tartibga solinadi. Bunday birlashtirilgan hujayralar so'z hosil qiladi. Bir vaqtning o'zida xotiradan o'qilgan bitlarning soni namunaviy uzunlik deb ataladi. 1 baytni saqlash uchun 8 ta xotira elementlaridan foydalaniladi, 8 qatorli ma'lumotlar shinasi yordamida sakkiz bitli xotira katakchalari tashkil etiladi.

Xotira mikrosxemalari (mikrosxemalar) kompyuter tizimining maxsus uyalariga (ulagichlariga) o'rnatilgan xotira modullarini yaratish uchun ishlatiladi. Endi eng keng tarqalgan DIMMlar ikki qatorli pinli xotira modullari.

Manzil shinasining kengligi manzil maydonini, ya'ni to'g'ridan-to'g'ri murojaat qilish mumkin bo'lgan xotira yacheykalarining sonini aniqlaydi. Agar manzil shinasining kengligi n bo'lsa, u holda barcha mumkin bo'lgan ikkilik birikmalar soni (manzillar soni) N \u003d 2n sifatida aniqlanadi.

Shakl: 1. Xotira tizimi va protsessor o'rtasidagi aloqani tashkil etish

Hisoblash moslamasining xotirasi uchta operatsiyani bajarishi mumkin:

a) axborotni saqlash;

b) ma'lumotlarni yozib olish;

v) ma'lumotni o'qish.

Xotira xususiyatlari:

Xotira hajmi xotirada saqlanadigan maksimal ma'lumot miqdorini belgilaydi va bit, bayt, kilobayt, megabayt, gigabayt, terabayt va boshqalarda o'lchanadi.

Maxsus sig'im xotira hajmining u tomonidan jismoniy egallagan miqdorga nisbati sifatida aniqlanadi.

Axborotni ro'yxatga olish zichligi axborot tashuvchisi maydon birligiga yoki axborot tashuvchining birlik uzunligiga to'g'ri keladigan ma'lumot miqdori sifatida aniqlanadi.

Xotiraga kirish vaqti. Xotiraning ishlashi xotiraga kirishda operatsiyalar davomiyligi bilan belgilanadi. Yozish uchun kirish vaqti va o'qish uchun kirish vaqti - berilgan manzil bo'yicha xotira xujayrasini qidirish vaqtining yig'indisi va mos ravishda haqiqiy yozish yoki o'qish.

Xotira tasnifi:

Tezkor kirish xotirasi

Tezkor xotira (elektron xotira) uchun kirish vaqti kerakli xotira maydoni joylashgan joyiga bog'liq emas. Hujayra elektron sxemalar yordamida manzil bo'yicha tanlanadi.

To'g'ridan-to'g'ri aylanma kirish

To'g'ridan-to'g'ri dairesel kirish disk xotirasiga kirishda ishlatiladi. Saqlash muhiti doimiy ravishda aylanadi, shuning uchun bir xil xotira maydoniga kirish qobiliyati davriydir.

Ketma-ket kirish

Magnit lentani tashuvchi sifatida ishlatganda ma'lumotlarga ketma-ket kirish mumkin, bu erda kerakli ma'lumotlarni topish uchun tashuvchining bo'limlarini ketma-ket skanerlash zarur.

Manzilsiz xotira

Yig'ma va assotsiativ saqlash moslamalari manzilsiz deb tasniflanishi mumkin. Adresssiz xotiraga kirishda, xotira kirish buyrug'ida katak manzili ko'rsatilmagan. Yig'ilgan xotira qurilmalarida xotira katakchasining manzili maxsus manzil registrini kuzatib boradi. Stekka kirishda ushbu registrdan manzil o'rnatiladi. Assotsiativ xotiraga kirishda ma'lumotni qidirish atribut (yorliq) orqali barcha xotira hujayralarining teglarini assotsiativ atribut bilan taqqoslash orqali amalga oshiriladi. Assotsiativ xususiyat solishtirish operatsiyasini bajarish uchun maxsus xususiyatlar registriga yoziladi.

Xotiraning funktsional maqsadi bo'yicha tasnifi:

ROM - faqat o'qiladigan xotira yoki ROM (Read Read-Memory) doimiy ma'lumotlar va yordam dasturlarini saqlash uchun ishlatiladi.

SRAM - bu juda tez ishlaydigan xotira qurilmasi, bu operandlarni va protsessorda ishlash natijalarini saqlash uchun mo'ljallangan umumiy maqsadli registrlar - RON.

RAM - tasodifiy kirish xotirasi yoki RAM (Random Access Memory - tasodifiy kirishga ega xotira), bajariladigan dastur va operatsion ma'lumotlarni saqlash uchun ishlatiladi. Agar biron bir registrga uning manzilida yozish / o'qish uchun kirish mumkin bo'lsa, unda bunday registr tuzilmasi tasodifiy kirish xotirasini hosil qiladi.

Axborotni saqlash usuli bo'yicha tasniflash:

Statik xotira

Statik xotira qurilmalarida LSIlar ikki qavatli trigger xotira elementlarida (ikkita barqaror holatga ega - shu sababli xotira nomi) amalga oshiriladi.

Dinamik xotira

Dinamik xotira qurilmalarida saqlash elementi kondansatör bo'lgan arzonroq LSI ishlatiladi. Kondensator vaqt o'tishi bilan zaryadsizlanadi (bu dinamikadir), shuning uchun kondansatkichni qayta zaryad qilish orqali potentsial qiymatini saqlab qolish kerak. Ushbu jarayon regeneratsiya deb ataladi.

Doimiy xotira

Faqat o'qish uchun mo'ljallangan xotira qurilmalarida xotira elementi buziladigan ko'prik rolini o'ynaydigan eruvchan sug'urta yoki yarimo'tkazgichli diyotdir. Qayta programlanadigan ROM-larda suzuvchi va izolyatsiya qilingan shlyuzli MOS tranzistorlarida ishlab chiqarilgan katakchalar ma'lumotni yozib olish va saqlash uchun ishlatiladi, ma'lumot manba / drenaj kanali orqali oqim o'tganda, elektr zaryadlari eshikka joylashtiriladi va siz xohlagancha saqlanadi. Ma'lumotlar o'chiriladi, elektr bilan o'chirilgan yoki ultrabinafsha nurlari bilan ultrabinafsha nurlanish bilan nurlanish bilan qayta dasturlashtiriladigan ROMda manbaga / drenaj qismiga boshqa belgining kuchlanishi qo'llaniladi.

Golografik xotira

Golografik xotira qurilmalarida ma'lumot holografik kristal hajmida ikkita to'lqin interferentsiyasi, ma'lumotnoma va ma'lumotlarning surati ko'rinishida saqlanadi. Ushbu istiqbolli saqlash moslamasi yuqori ma'lumot zichligiga ega va hozirda ishlab chiqilmoqda.

Biologik xotira

Biologik saqlash moslamalarida zaryadni saqlash va elektronlarni almashtirish qobiliyatiga ega bo'lgan organik molekulalar holatining o'zgarishi yordamida ma'lumotlar qayd etiladi.

Magnit tashuvchida xotira

Magnit tashuvchida joylashgan tashqi saqlash moslamalarida ma'lumotlar diskning ferromagnitik yuzasi yoki ma'lum yo'nalishda magnitlangan magnit lenta bo'limlari shaklida saqlanadi.

Optik xotira

Optik tashqi saqlash moslamalarida ma'lumot yo'naltirilgan lazer nurlarining har xil yorug'lik tarqalish koeffitsientlariga ega bo'linmalar shaklida qayd etiladi.

Xotira har qanday kompyuterning asosiy tarkibiy qismlaridan biridir. Uning hajmi va tezligi asosan butun kompyuter tizimining ishlashini aniqlaydi. Ushbu nashrda xotirani tashkil qilishning eng muhim texnologiyalari va tafsilotlari ko'rib chiqildi.