2.4.3. Постоянное запоминающее устройство
Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) хранит информацию независимо от наличия питания. Микросхемы ПЗУ построены по принципу матрицы, в узлах которой имеются перемычки в виде проводников, полупроводниковых транзисторов и диодов, или конденсаторов. Запись информации в ПЗУ сводится к воздействию на указанные перемычки и называется программированием ("прошивкой") ПЗУ. Основным режимом работы ПЗУ является считывание информации.
По способности к перепрограммированию различают ПЗУ следующих видов:
программируемые при изготовлении;
однократно программируемые после изготовления;
многократно программируемые (перепрограммируемые):
EPROM – стираемые программируемые ПЗУ;
EEPROM – электрически стираемые программируемые ПЗУ;
флэш-память;
PSM – фазовая память.
В первых двух типах ПЗУ на перемычки оказывается воздействие, приводящее к их необратимым изменениям. При программировании ПЗУ третьего типа изменения перемычек обратимы. В настоящее время популярность не перепрограммируемых ПЗУ резко снизилась.
Характеристики ПЗУ:
ёмкость – количество битов, байтов, килобайтов и т.д., которые могут храниться в запоминающем устройстве;
единица пересылки – количество битов, пересылаемых параллельно в один и тот же момент времени;
метод доступа к данным – для внутренней памяти произвольный и ассоциативный;
быстродействие – характеризуется следующими ппрпметрами: время выборки данных, время хранения данных (без регенерации ), период обращения, скорость передачи данных;
число циклов перепрограммирования;
физический тип памяти (для современных компьютеров – полупроводниковый);
стоимость.
2.4.4. КЭШ-память
Применение КЭШ-памяти является экономичным решением повышения производительности запоминающего устройства без замены всей основной динамической памяти на статическую. Полная замена вызывает существенное повышение цены.
КЭШ-память состоит из двух частей: памяти тегов и памяти данных. Основная память разбивается на блоки по k слов (длина слова кратна целому числу байт). Основная память состоит из М блоков, а КЭШ-память – из С блоков, причём С<М. В КЭШ-памяти находятся копии подмножества блоков основной памяти. Схема взаимодействия КЭШ-памяти и основной памяти показана на рис. 2.5.
Рис. 2.5. Принцип действия КЭШ-памяти
При обращении к какой-либо ячейке блока в память данных КЭШ-памяти переписывается весь блок и происходит переадресация обращений к этому блоку на блок, находящийся в КЭШ-памяти. Поскольку вследствие малого объёма КЭШ-памяти копии блоков в ней непрерывно меняются, в памяти тегов помещаются признаки нахождения в ней копий конкретных блоков основной памяти. Такими признаками, например, могут быть номера блоков основной памяти. Указанные признаки называются тегами.
При попытке центрального процессора прочитать слово, находящееся по некоторому адресу из основной памяти происходит проверка наличия блока, содержащего это слово в КЭШ-памяти, и, следовательно, проверка наличия в ней искомого слова. Если этого слова нет, то слово, подлежащее считыванию, вместе со всем блоком записывается в память данных КЭШ-памяти и происходит переадресация обращений к слову основной памяти на слово, находящееся в КЭШ-памяти. Такая ситуация называется промахом (miss). Далее процессор получает запрошенное слово.
Если запрошенное слово в КЭШ-памяти есть, то обращение к основной памяти не происходит, что ускоряет процесс доступа к данным. Такая ситуация называется попаданием (hit).
В случае необходимости процессор может записать в слово, находящееся в КЭШ-памяти новые данные.
Основными характеристиками КЭШ-памяти являются:
ёмкость памяти;
размер блока;
способ отображения основной памяти на КЭШ-память;
алгоритм замещения информации в заполненной КЭШ-памяти;
алгоритм согласования основной и КЭШ-памяти;
число уровней КЭШ-памяти.