Принципы организации ОЗУ в современных ЭВМ

ОЗУ представляет собой низший уровень иерархии памяти. Удовлетворяет запросы кэш-памяти, служит в качестве интерфейса ввода-вывода, поскольку является местом назначения для ввода и источником для вывода.

Для оценки производительности ОЗУ используется 2 основных параметра:

1. Задержка
2. Полоса пропускания

Задержка ОЗУ оценивается двумя параметрами:

1. Временем доступа
2. Длительностью цикла памяти

Время доступа представляет собой промежуток времени между выдачей запроса на чтение и моментом поступления запрошенных данных из памяти.

А длительность цикла определяется минимальным временем между двумя последовательными обращениями к памяти.

Рассмотрим наивысшие методы повышения производительности за счет увеличения размеров кэш-памяти и введения многоуровневой организации кэш-памяти, которые могут оказаться неэффективными с точки зрения стоимости системы. Поэтому важным направлением современных разработок являются методы повышения полосы пропускания.

Хотя для организации кэш-памяти в большей степени важно уменьшение задержки памяти и увеличение полосы пропускания может существенно снизить потери на промах. Основными методами увеличения полосы пропускания памяти являются:

1. увеличение разрядности или ширины шины памяти.
2. использование расслоения памяти и др.

Увеличение разрядности ОЗУ.

Память первого уровня во многих случаях имеет ширину шин данных, соответствующую разрядности процессора. В системах с одним уровнем кэш-памяти ширина шин данных ОЗУ и кэш-памяти одинакова.

Удвоение или учетверение ширины шин кэш-памяти и ОЗУ удваивает или учетверяет соответственно полосу пропускания системы памяти.

Реализация более широких шин вызывает необходимость мультиплексирования данных между кэш-памятью и процессором. Эти мультиплексоры оказываются на критическом пути поступления информации в процессор. Кэш-память второго уровня несколько смягчает проблему, т.к. в этом случае мультиплексоры могут располагаться между двумя уровнями кэш. И вносимая им задержка не столь критична.

Память с расслоением.

Наличие в системе множества микросхем ОЗУ позволяет использовать потенциальный параллелизм, заложенный в такой организации. Для этого микросхемы ОЗУ часто объединяются в банки, содержащие фиксированное число адресов. Причем к одному из адресов банка возможно обращение в каждый момент времени.

В реальных системах имеющаяся скорость доступа к микросхемам ОЗУ, а, следовательно и к банку, оказывается недостаточно. Следовательно, чтобы получить большую скорость доступа, необходимо осуществить одновременный доступ ко многим банкам ОЗУ. Одна из общих методик, используемых для этого, называется расслоением памяти. При расслоении банки ОЗУ обычно упорядочиваются так, чтобы n последовательных адресов ОЗУ приходились на n различных банков. В i-ом банке ОЗУ находятся данные, адреса которых имеют вид k*N+i, где 0=< k<=n-1, где N – число адресов в одном банке. Можно достичь в ~n раз большую скорость доступа к ОЗУ в целом, чем к отдельному ее банку, если обеспечить при каждом доступе обращение к данным в каждом из n банков.

Такие системы оптимизируют обращения по последовательным адресам ОЗУ, что является характерным при подкачке информации в кэш-памяти при чтении, а также при записи в случае использования в кэш-памяти механизмов обратного копирования.

Однако если требуется доступ к непоследовательно расположенным адресам памяти, производительность расслоений памяти может значительно снижаться.

Одно из решений, используемых в высокопроизводительной ЭВМ, заключается в том, чтобы статистически уменьшить вероятность подобных обращений путем значительного увеличения числа банков памяти.