Предсказание ветвлений
Некоторые процессоры могут исполнять несколько команд одновременно. Не все результаты исполнения команд будут использованы, т. к. изменения в ходе программы могут означать, что данная команда не будет исполняться в первую очередь. Это имеет место при ветвлении программы, когда происходит проверка условия и ход программы изменяется в зависимости от результатов. Ветвления являются серьезным препятствием при организации суперконвейера, т. к. нет уверенности в том, что команды будут поступать в линейной последовательности. Менее современный процессор может остановить конвейер, пока не станут известны результаты, и тем самым значительно снизить производительность. Более современные процессоры в любом случае упреждающе исполняют следующую команду. Предполагается, что процессор сможет использовать результаты, если ветвление будет соответствовать предсказанию.
Самые современные процессоры сочетают этот принцип с предсказанием ветвления, при котором процессор фактически может предсказывать (причем довольно точно) направление ветвления, основываясь на предыстории. Предсказание ветвлений повышает эффективность обработки ветвлений за счет использования небольшого специального кэша под названием целевого буфера ветвлений (ВТВ, Branch Target Buffer). Когда процессор исполняет ветвь, информацию о ней он хранит в этой области. Если впоследствии процессор встречается с той же ветвью, он получает возможность делать обоснованные предположения о направлении этой ветви. Это помогает поддерживать на конвейере поток и повышает производительность.
Иерархия оперативной памяти
К
эш-память
- это способ организации совместного
функционирования двух типов запоминающих
устройств, отличающихся временем доступа
и стоимостью хранения данных, который
позволяет уменьшить среднее время
доступа к данным за счет динамического
копирования в "быстрое" ЗУ наиболее
часто используемой информации из
"медленного" ЗУ.
ЦПУ — электронный блок либо микросхема — исполнитель машинных инструкций (кода программ), главная часть аппаратного обеспечения компьютера или программируемого логического контроллера.
Контроллер кэш памяти оперирует со строками данных (cache line) фиксированной длины (или блоками данных). С каждой строкой кэш (блоком) связана информация об адресе скопированного в нее блока основной памяти и признаки ее состояния. Строка может быть действительной (valid) - это означает, что в текущий момент времени она достоверно отражает соответствующий блок основной памяти, или недействительной (пустой).
Существуют два основных алгоритма записи данных из кэш памяти в оперативную память: сквозная запись WT (Write Through) и обратная запись WB (Write Back).
Контроллер памяти — цифровая схема, управляющая потоком данных к и от оперативной памяти. Может представлять собой отдельную микросхему или быть интегрирована в более сложную микросхему, например, в северный мост, микропроцессор или систему на кристалле.
Контроллер памяти содержит логические цепи, необходимые для проведения операций чтения и записи в DRAM, а также для обновления хранимых в DRAM данных. Без периодических обновлений чипы памяти DRAM теряют информацию, так как разряжаются токами утечки конденсаторы, хранящие биты. Типичное время надежного хранения информации составляет доли секунды, но не менее 64 миллисекунд согласно стандартам JEDEC. На более длительных периодах времени информация сохраняется лишь частично.
Менеджер виртуальной памяти— часть операционной системы, благодаря которой можно адресовать память большую, чем объем физической памяти (ОЗУ). Благодаря виртуальной памяти можно запускать множество ресурсоёмких приложений, требующих большого объёма ОЗУ. Максимальный объём виртуальной памяти, который можно получить, используя 24-битную адресацию, — 16 мегабайт. Физическая память при этом ограничена 8 мегабайтами. С помощью 32-битной адресации можно адресовать до 4 ГБ виртуальной памяти.
Динамическое распределение памяти — способ выделения оперативной памяти компьютера для объектов в программе, при котором выделение памяти под объект осуществляется во время исполнения программы.
При динамическом распределении памяти объекты размещаются в т.н. «куче» (англ. heap): при конструировании объекта указывается размер запрашиваемой под объект памяти, и, в случае успеха, выделенная область памяти, условно говоря, «изымается» из «кучи», становясь недоступной при последующих операциях выделения памяти. Противоположная по смыслу операция — освобождение занятой ранее под какой-либо объект памяти: освобождаемая память, также условно говоря, возвращается в «кучу» и становится доступной при дальнейших операциях выделения памяти.