1 / 58

Cuprins

Cuprins. 1. Introducere 2. Unitatea aritmetică și logică 3. Sisteme de memorie 4. Arhitecturi RISC 5. Introducere în arhitecturi paralele 6. Direcții curente. 3 . Sisteme de memorie. Ierarhia memoriilor Tipuri de memorii Memorii semiconductoare Memoria cu unități multiple

virote
Download Presentation

Cuprins

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Cuprins • 1. Introducere • 2. Unitatea aritmetică și logică • 3. Sisteme de memorie • 4. Arhitecturi RISC • 5. Introducere în arhitecturi paralele • 6. Direcții curente Structura sistemelor de calcul (03-1)

  2. 3. Sisteme de memorie • Ierarhia memoriilor • Tipuri de memorii • Memorii semiconductoare • Memoria cu unități multiple • Memoria asociativă • Memoria cache • Memoria virtuală Structura sistemelor de calcul (03-1)

  3. Ierarhia memoriilor (1) • Memoriile rapide sunt costisitoare • Costul acestor memorii nu permite utilizarea lor exclusivă într‑un sistem de calcul • Este necesară o ierarhie de memorii combinație de memorii rapide și mai lente • Localitatea referințelor • Într-uninterval de timp dat,referințele la memorie tind să se restrângă în zone locale ale memoriei Structura sistemelor de calcul (03-1)

  4. Ierarhia memoriilor (2) • Localitatea spațială • Un program utilizează date și instrucțiuni ale căror adrese sunt apropiate unele de altele în spațiul de adrese • Exemple: • Referințele la elementele unui tablou • Citirea secvențială a instrucțiunilor din memorie Structura sistemelor de calcul (03-1)

  5. Ierarhia memoriilor (3) • Localitatea temporală • Datele sau instrucțiunile referite recent au o probabilitate ridicată de a fi referite în viitorul apropiat • Exemplu: buclă iterativă • Localitatea secvențială • Majoritatea instrucțiunilor sunt executate într‑o ordine secvențială • Excepții: salturi sau apeluri de proceduri Structura sistemelor de calcul (03-1)

  6. Ierarhia memoriilor (4) Structura sistemelor de calcul (03-1)

  7. Ierarhia memoriilor (5) • Transferurile de date au loc în blocuri cu dimensiuni fixe  pagini sau linii • Blocurile sunt transferate numai între două nivele adiacente la un moment dat • Dacă datele solicitate de procesor se află într‑un bloc al nivelului superior: succes (“hit”) • Dacă datele nu se află în nivelul superior: eșec(“miss”) Structura sistemelor de calcul (03-1)

  8. Ierarhia memoriilor (6) • Rata de succesRs • Raportul între numărul acceselor la memorie pentru care se obține un succes și numărul total de accese • Rata de eșecRe • Re= 1 – Rs • Raportul între numărul acceselor la memorie pentru care se obține un eșec și numărul total de accese Structura sistemelor de calcul (03-1)

  9. Ierarhia memoriilor (7) • Atunci când există un bloc în memoria Mi , există o copie a blocului în fiecare din nivelele inferioare Mi+1 , …, Mn • Dacă un bloc nu este găsit în memoria M1: se transmite o cerere pentru acest bloc la nivelele inferioare • Dacă nu mai există spațiu în memoria Mi : se înlocuiește un bloc din Mi utilizând o strategie de înlocuire predefinită Structura sistemelor de calcul (03-1)

  10. Ierarhia memoriilor (8) • Avantajul unui sistem de memorie ierarhic: în majoritatea timpului informația este preluată din nivelul cel mai rapid M1 • Timpul de acces mediu al memoriei: apropiat de timpul de acces al nivelului superior • Costul mediu unitar al sistemului de memorie: apropiat de costul nivelului inferior Structura sistemelor de calcul (03-1)

  11. 3. Sisteme de memorie • Ierarhia memoriilor • Tipuri de memorii • Memorii semiconductoare • Memoria cu unități multiple • Memoria asociativă • Memoria cache • Memoria virtuală Structura sistemelor de calcul (03-1)

  12. Tipuri de memorii • Metode de acces • Acces secvențial • Acces aleatoriu • Acces direct • Acces asociativ • Metoda de scriere • Posibilitatea distrugerii informațiilor • Citirea distructivă • Memorarea dinamică • Volatilitatea Structura sistemelor de calcul (03-1)

  13. Metode de acces (1) • Access secvențial • Locațiile pot fi accesate numai într‑o anumită ordine predeterminată • Organizată în unități numite înregistrări • Se utilizează un mecanism de acces sau cap de citire-scriere partajat • Timpul de acces la o locație arbitrară este variabil • Exemplu: unități de bandă magnetică Structura sistemelor de calcul (03-1)

  14. Metode de acces (2) • Access aleatoriu • Locațiile pot fi accesate în orice ordine • RAM– Random Access Memory • Timpul de acces este independent de locația care trebuie accesată • Mecanism separat de adresare pentru fiecare locație • Exemplu: memorii semiconductoare Structura sistemelor de calcul (03-1)

  15. Metode de acces (3) • Acces direct • Mecanism partajat de citire-scriere • Blocurile individuale au o adresă unică bazată pe poziția fizică • Acces direct până în vecinătatea locației • Căutare secvențială sau așteptare până la locația finală • Timpul de acces este variabil • Exemplu: unități de disc magnetic Structura sistemelor de calcul (03-1)

  16. Metode de acces (4) • Acces asociativ • Memorie asociativă: un cuvânt este regăsit pe baza unei porțiuni a conținutului său și nu a adresei • Fiecare locație are propriul mecanism de adresare • Timpul de acces este independent de locația care trebuie accesată sau de accesele precedente Structura sistemelor de calcul (03-1)

  17. Tipuri de memorii • Metode de acces • Acces secvențial • Acces aleatoriu • Acces direct • Acces asociativ • Metoda de scriere • Posibilitatea distrugerii informațiilor • Citirea distructivă • Memorarea dinamică • Volatilitatea Structura sistemelor de calcul (03-1)

  18. Metoda de scriere (1) • Poate fi reversibilă sau permanentă • Memorii cu citire-scriere (R/W): permit citirea și scrierea în timpul funcționării • Sunt numite memorii cu acces aleatoriu (RAM)  denumire improprie • Memorii numai cu citire (ROM – Read Only Memory): conținutul lor nu poate fi modificat • Citirea: metode de acces aleatoriu • Scrierea: parte a procesului de fabricație Structura sistemelor de calcul (03-1)

  19. Metoda de scriere (2) • Memorii PROM (Programmable ROM) • Scrierea(“programare”): executată prin semnale electrice de către furnizor sau utilizator, ulterior fabricației • Se utilizează un echipament special numit inscriptor • Avantaje: flexibilitate și cost moderat • Dezavantaj: nu pot fi șterse Structura sistemelor de calcul (03-1)

  20. Metoda de scriere (3) • Memorii EPROM (Erasable PROM) • Citirea și scrierea: executate prin semnale electrice • Înaintea operației de scriere, toate celulele de memorare trebuie șterseexpunerea capsulei la radiație ultravioletă • Ștergerea poate fi executată în mod repetat Structura sistemelor de calcul (03-1)

  21. Metoda de scriere (4) • Memorii EEPROM (ElectricallyErasable PROM) • Scrierea poate fi efectuată fără ștergerea conținutului • Scrierea necesită un timp considerabil mai lung decât citirea • Avantaj: modificarea conținutului poate fi efectuată fără îndepărtarea de pe placă • Aplicații: programe de control, înlocuirea memoriei secundare Structura sistemelor de calcul (03-1)

  22. Metoda de scriere (5) • Memorii flash • Asemănătoare funcțional cu memoriile EEPROM • Scrierea și ștergerea trebuie efectuate pe pagini sau blocuri • Dimensiuni ale blocurilor: 128 KB; 256 KB; 512 KB • Avantajul față de memoriile EEPROM: costul mult mai redus • Diferite tehnologii: NOR, NAND Structura sistemelor de calcul (03-1)

  23. Tipuri de memorii • Metode de acces • Acces secvențial • Acces aleatoriu • Acces direct • Acces asociativ • Metoda de scriere • Posibilitatea distrugerii informațiilor • Citirea distructivă • Memorarea dinamică • Volatilitatea Structura sistemelor de calcul (03-1)

  24. Posibilitatea distrugerii informațiilor (1) • Citirea distructivă • DRO – Destructive Readout • La anumite memorii, operația de citire distruge informațiile memorate • Fiecare citire trebuie urmată de o operație de scriere pentru refacerea conţinutului • Refacerea este efectuată automat utilizând un registru buffer Structura sistemelor de calcul (03-1)

  25. Posibilitatea distrugerii informațiilor (2) • Citirea nedistructivă • NDRO – Non-DestructiveReadout • Citirea nu afectează informațiile memorate • Memorarea dinamică • Memorii dinamice: necesită reîmprospătarea periodică a conținutului • Informația memorată are tendința de a se modifica după un anumit timp • Pentru reîmprospătare se utilizează registre buffer Structura sistemelor de calcul (03-1)

  26. Posibilitatea distrugerii informațiilor (3) • Memorarea statică • Memorii statice: nu necesită reîmprospătare • Volatilitatea • Memorii volatile: lipsa tensiunii de alimentare distruge informațiile memorate • Memoriile RAM semiconductoare dinamice și statice: volatile • Memoriile ROM și variantele lor: nevolatile • Memorii secundare: nevolatile Structura sistemelor de calcul (03-1)

  27. 3. Sisteme de memorie • Ierarhia memoriilor • Tipuri de memorii • Memorii semiconductoare • Memoria cu unități multiple • Memoria asociativă • Memoria cache • Memoria virtuală Structura sistemelor de calcul (03-1)

  28. Memorii semiconductoare • Memorii semiconductoare • Celula de memorie și unitatea de memorie • Organizarea memoriilor • Proiectarea memoriilor • Exemplu de circuit de memorie comercial • Memorii DRAM • Memorii flash Structura sistemelor de calcul (03-1)

  29. Celula de memorie și unitatea de memorie (1) • Celula de memorie: blocul constructiv al unei unități de memorie • Proprietăți: • Are două stări stabile → utilizate pentru a reprezenta valorile binare 0 și 1 • Poate fi înscrisă pentru setarea stării • Poate fi citită pentru sesizarea stării • Schema bloc a unei celule care memorează un bit de informație  Structura sistemelor de calcul (03-1)

  30. Celula de memorie și unitatea de memorie (2) • Dacă= 0, se efectuează o citireamplificator dedetecție • Dacă = 1, se efectuează o scriere Structura sistemelor de calcul (03-1)

  31. Celula de memorie și unitatea de memorie (3) • Două tipuri de memorii cu acces aleatoriu: statice (SRAM) și dinamice (DRAM)volatile • Memorii statice • Celule similare cu bistabilele • Metode care minimizează complexitatea celulelor și numărul de conexiuni • Citirea este nedistructivă • O celulă SRAM necesită până la șase tranzistoare Structura sistemelor de calcul (03-1)

  32. Celula de memorie și unitatea de memorie (4) • Memorii dinamice • Stările 1 și 0 corespund prezenței sau absenței unei sarcini memorate într‑un condensator • Condensatorul trebuie reîncărcat periodicreîmprospătare • Citirea este distructivă • O celulă de memorie DRAM poate fi construită utilizând un singur tranzistor Structura sistemelor de calcul (03-1)

  33. Celula de memorie și unitatea de memorie (5) • Comparațieîntre memoriile statice și dinamice • La memoriile DRAM se obține o densitate de memorare mai ridicată  mai puțin costisitoare • O memorie DRAM necesită un circuit de reîmprospătare • Memoriile SRAM sunt mai rapide decât memoriile DRAM • Celulă RAM MOS statică și dinamică Structura sistemelor de calcul (03-1)

  34. Celula de memorie și unitatea de memorie (6) Structura sistemelor de calcul (03-1)

  35. Celula de memorie și unitatea de memorie (7) • Unitatea de memorie • Matrice de celule de memorie • Unitate de memorie de m cuvinte cu nbiți pe cuvânt: mn celule de memorie • De obicei, un grup de celule pot fi adresate simultan • Dacă un cuvânt are nbiți, atunci trebuie adresate simultan n celule de memoriecelulele pot avea o linie de selecție comună Structura sistemelor de calcul (03-1)

  36. Memorii semiconductoare • Memorii semiconductoare • Celula de memorie și unitatea de memorie • Organizarea memoriilor • Proiectarea memoriilor • Exemplu de circuit de memorie comercial • Memorii DRAM • Memorii flash Structura sistemelor de calcul (03-1)

  37. Organizarea memoriilor (1) • Organizarea 1D • Matricea de memorie:2mlocații adresabile • Fiecare locație memorează un cuvânt de wbiți2m wcelule de memorie • Fiecare celulă este conectată la un set de semnale de date, adrese și de control • Pe fiecare linie de date există un driveramplificatorde semnal Structura sistemelor de calcul (03-1)

  38. Organizarea memoriilor (2) Structura sistemelor de calcul (03-1)

  39. Organizarea memoriilor (3) • Organizarea 2D • Organizarea cea mai utilizată • Organizare bidimensională sau linie-coloană • Cuvântul de adresă de mbiți este divizat în două părți: X (mxbiți)și Y (mybiți) • Matrice rectangulară de Nx linii și Ny coloane Structura sistemelor de calcul (03-1)

  40. Organizarea memoriilor (4) Structura sistemelor de calcul (03-1)

  41. Organizarea memoriilor (5) • Avantajele organizării 2D: • Necesită un număr mai redus de circuite de acces decât organizarea 1D • Dacă Nx = Ny = N, numărul driverelor de adresă necesare este 2N (NxNy = N2 drivere la organizarea 1D) • Două decodificatoare de adresă 1:N (un decodificator 1:N2 pentru 1D) • Favorizează structurile bidimensionale VLSI Structura sistemelor de calcul (03-1)

  42. Organizarea memoriilor (6) Structura sistemelor de calcul (03-1)

  43. Memorii semiconductoare • Memorii semiconductoare • Celula de memorie și unitatea de memorie • Organizarea memoriilor • Proiectarea memoriilor • Exemplu de circuit de memorie comercial • Memorii DRAM • Memorii flash Structura sistemelor de calcul (03-1)

  44. Proiectarea memoriilor (1) • Problemă de proiectare a memoriei • Utilizând circuite integrate RAM de Nwbiți, să se proiecteze o memorie de N'w'biți, N' > Nși/sau w' > w • Metoda generală: realizarea unei matrici de p q circuite integrate, unde p = N’ /N, q = w’ /w • Fiecare linie memorează N cuvinte • Fiecare coloană memorează un set de wbiți din fiecare cuvânt Structura sistemelor de calcul (03-1)

  45. Proiectarea memoriilor (2) • Exemplu: Proiectarea unei memorii RAM de N 4wbiți utilizând circuite integrate de Nwbițiextinderea dimensiunii cuvântului • p = 1 • q = 4 • Sunt necesare 4 circuite integrate • Fiecare circuit integrat conține o porțiune de wbiți din fiecare cuvânt memorat Structura sistemelor de calcul (03-1)

  46. Proiectarea memoriilor (3) Structura sistemelor de calcul (03-1)

  47. Proiectarea memoriilor (4) • Exemplu: Extinderea numărului de cuvinte memorate cu un factor de patru • p = 4 • q = 1 • Sunt necesare 4 circuite integrate • Sunt adăugate două linii la magistrala de adrese • Trebuie introdus un decodificator de adresă 2:4 Structura sistemelor de calcul (03-1)

  48. Proiectarea memoriilor (5) Structura sistemelor de calcul (03-1)

  49. Memorii semiconductoare • Memorii semiconductoare • Celula de memorie și unitatea de memorie • Organizarea memoriilor • Proiectarea memoriilor • Exemplu de circuit de memorie comercial • Memorii DRAM • Memorii flash Structura sistemelor de calcul (03-1)

  50. Exemplu de circuit de memorie comercial (1) • Circuitul de memorie Micron Technology MT4LC8M8E1 (8E1) • Capacitatea: 64 Mbiți(226biți) • Organizarea: 223octeți  8 M  8 biți • Dimensiunea adreselor de memorie: m = 23 • Dimensiunea cuvintelor de date: w = 8 • Adresa de 23 de biți este divizată în două: • Adresă de linie (13 biți) • Adresă de coloană (10 biți) Structura sistemelor de calcul (03-1)

More Related