Увеличение быстродействия ОП решается за счет блочной организации основной памяти и за счет пользования локальности по обращению.
Блочная организация классифицируется на 3 группы:
1. Блочная организация.
2. Циклическая организация.
3. Блочно-циклическая организация.
Блочная организация памяти.
∑ОЭП=ЗУ
∑ЗУ=МП (модуль памяти)
∑МП=БП (блок памяти)
Иногда вместо блока упоминается банк и поэтому память организуется в виде совокупности банков. Организация памяти идет за счет разбиения адреса на определенные группы разрядов.
mОП=512 ИС
Рисунок 140. Блочная организация памяти
Краткие обозначения:
СУ – схема управления
РА – регистр адреса
ДС банка – дешифратор банка
МПР/ДМПР – мультиплексор/демультиплексор
обр – обращение
0, 1.. 127 и т.д. –ячейки памяти пронумерованы в порядке возрастания в каждом блоке
Приходит обращение и значения выходов с ША на схему управления регистра адреса.
Режим ЧТЕНИЯ. Вместе с обращением поступает команда чтения на СУ и СУ передает адрес в регистр адреса. В РА два поля: левое и правое. В левом находятся старшие разряды (А8, А7), а в правом – младшие разряды (А6..А0). В старших разрядах А8, А7 с помощью дешифратора включают тот или иной банк с организацией 2х4. Параллельно на 4 банка поступают младшие разряды А0..А6, но разрешение на чтение получает тот банк, обозначенный с помощью дешифратора и считывает ячейки. Данная информация поступает в ячейки МПР (с организацией 4х1) и затем информация идет из МПР в шину данных.
Режим ЗАПИСИ. Приходит с обращением команда записи на СУ и производятся все те же действия. Отличие от предыдущего режима внизу вместо мультиплексора работает демультиплексор.
Преимущество данной организации памяти: при параллельном доступе в банки обеспечивается более высокое быстродействие, т.к. сокращается процедура обращения к ячейкам.
Для увеличения быстродействия в несколько раз переходим к циклической организации памяти.
Циклическая организация памяти
mОП=512 ИС
Рисунок 141. Циклическая организация памяти
Адрес выставляется по каждому банку в РА. У каждого банка есть регистры. Вход и выход производится через МПР и ДМПР. Особенность в нумерации ячеек. Если при блочной организации поля нумеруются сверху вниз, то здесь по строкам, слева направо. Нумерация по горизонтали носит название расслоение памяти. Очевидно, за счет расслоения увеличивается быстродействие, если используется локальность по обращению. Если выставить адрес по команде, то следующая будет смежной с ней, находится рядом.
Если режим ЧТЕНИЯ подается на БУ, то старшие разряды А2..А8 поступают в регистр адреса банков (РА). Съем осуществляется по команде от дешифратора. Дешифратор информирует двухразрядное слово А1, А0. Далее информация идет через регистр данных, МПР, на ШД.
Если режим чтение, то повторяются те же операции, только данные внизу поступают на ДМПР.
В данной организации памяти увеличивается быстродействие в обращении, при чем в b раз, где b – число банков.
Блочно-циклическая организация памяти.
Эта организация является комбинацией двух методов, описанных выше. Позволяет в определенной степени сочетать преимущество обоих методов.
mОП=512 ИС
Рисунок 142. Блочно-циклическая организация памяти
В каждом банке нужно выделить модули. В каждом банке находится по 2 модуля – четных и нечетных соседних номеров. Из ША данные поступают в форматный РА и в нем выделено 3 поля: поле старших разрядов, средних и младших. Каждое поле чем-то управляет: старшие разряды задают номер банка, к которому идет обращение, средние разряды – номер ячейки младшие разряды – номер модуля (при блочном обращении).
Блочно-циклическая организация существенно улучшает быстродействие памяти, так как получается минимальное время перехода от одной ячейки к другой.
Дальнейшее развитие в архитектуре памяти связано с развитием многопроцессорной системы. Тогда каждый банк имеет свой контроллер и управляется независимо, автономно. Проблема возникает, когда из двух процессоров обращение происходит к одной и той же ячейке.
Многопортовая память
Для повышения быстродействия системы используют многопортовую память.
В настоящее время существует память двухпортовая, четырехпортовая, восьмипортовая.
Рассмотрим функционирование двухпортовой памяти.
Рисунок 143. Структура однопортового ЗЭ
По выставленной ЛА идет использование ЗЭ. Если сигнал обращения – ключ замкнут, если хранение – разомкнут.
Рисунок 144. Структура ЗУ с двухпортовым ЗЭ
В данной схеме есть 2 шины данных и 2 шины управления.
Двухпортовая память
Рисунок 145. Схема двухпортовой памяти
Логика управления схемы:
В центре находится накопитель памяти на двухпортовых запоминающих элементах, так же изображены 2 шины адреса и 2 шины управления. Доступ возможен как слева, так и справа.
Исключительные ситуации возникают, когда запрос справа и слева поступает в 1 ячейку одновременно. Если запрос на чтение, то казусов нет, возникает только вопрос нагрузочной способности. Если, например, правая – чтение, левая – запись, то выдает неопределенную (случайную) величину. Если оба запроса запись, то тоже получаются случайные значения.
Поэтому логика управления – логика арбитража, она решается аппаратными средствами. Формируют логику сигнала ”занято”-прерывание. Логика включается, когда в 1 ячейку посылаются 2 запроса. Если сигнал от первого пришел раньше, то логика в его сторону, а для другого – ”занято”-прерывание. Если сигналы приходят одновременно на чтение, то разрешается выполнение обоих. Если сигналы приходят одновременно на запись, то арбитраж выбирает случайную логику (одному путь открыт, а другому закрыт). Если коллизий нет, то арбитраж разрешает свободную работу. Частота таких событий зависит от объема памяти и от числа портов. Для двухпортовой памяти коллизии имеют вероятность обращения примерно 0,1%.
Ассоциативная память
Если поиск идет по ассоциативным признакам, по сути информации, заложенной в ИС, то говорят, что используют ассоциативную память.
Рисунок 146. Структурная схема ассоциативной памяти
На схеме слева изображен запоминающий массив, где хранится информация о числе слов N, разрядов m. В центе находится схема совпадений. Выше – регистр маски, ассоциативные признаки. Признак формируется по k разрядам. Справа находится регистр совпадений, который может принять значения a0, a1, a2. Ассоциативным признаком может быть частью ИС, а так же может приравниваться ИС (тогда он называется тег - ярлык). Обычно тег располагается в младших разрядах. В регистр ассоциативных признаков помещается код искомой информации, т.е. признак поиска (k разрядное двоичное слово). В схеме совпадений по каждому разряду регистрируется, совпадает ли разряд с признаком или нет. Операция осуществляется параллельно. Для каждого бита ИС есть соответствующий бит в ассоциативном признаке. Факт совпадений запоминается в регистре совпадений. Если разряды одинаковые, то в соответствующих разрядах записывается 1.
Комбинационная схема принимает значения a0, a1, a2:
o а0 – не найдено ИС;
o а1 – искомая информация содержится в первой ячейке;
o а2 – искомая информация содержится в нескольких ячейках. В этом случае нужно выбирать ту ячейку, которая необходима.
Ассоциативный поиск ИС может отличаться по виду поиска, способу опроса, по способу выборки при множественных совпадениях и по способу записи ИС.
Признаки классификации ассоциативной памяти:
1. По виду поиска:
1) простой (по разрядам);
2) сложный (по частичным совпадениям):
a) поиск максимума совпадений (продолжается до ближайшего большего);
b) поиск минимума совпадений (продолжается до ближайшего меньшего);
c) поиск всех слов больше заданного (определяется интервал, в котором идет поиск);
d) поиск всех слов меньше заданного (определяется интервал, в котором идет поиск) .
2. По способу опроса:
1) последовательно по словам;
2) параллельно по словам;
3) последовательно по разрядам ИС;
4) параллельно по разрядам;
5) комбинированно (параллельно по группе разрядов и последовательно по группе слов).
3. По способу выборки при множественных совпадениях с ассоциативными признаками:
1) с целью очередности (поочередно);
2) алгоритмически.
4. По способу записи информации в ассоциативное ЗУ:
Это когда запись очередного слова идет в ячейку с наименьшим номером. Наиболее сложный способ записи – предварительной сортировки информации по величине ассоциативного признака.
1) по адресу;
2) с сортировкой по величине ассоциативного признака на входе;
3) по совпадению признаков;
4) с целью очередности.
АЗУ – сложное устройство. При очень больших массивах информации оно не используется как самостоятельное, а идет как дополнительное.
