4.4.1. Общие положения

Оперативная (основная) память представляет собой следующий уровень иерархии памяти. Оперативная память удовлетворяет запросы кэш-памяти и служит в качестве интерфейса ввода/вывода, поскольку является местом назначения для ввода и источником для вывода. Для оценки производительно­сти (быстродействия) основной памяти используются два основных парамет­ра: задержка и полоса пропускания. Традиционно задержка оперативной па­мяти имеет отношение к кэш-памяти, а полоса пропускания или пропускная способность относится к вводу/выводу. В связи с ростом популярности кэш­памяти второго уровня и увеличением размеров блоков у такой кэш-памяти полоса пропускания основной памяти становится важной также и для кэш­памяти.

Задержка памяти традиционно оценивается двумя параметрами: време­нем доступа и длительностью цикла памяти.

Оперативная память современных компьютеров реализуется на микро­схемах статических и динамических запоминающих устройств с произволь­ной выборкой. Микросхемы статических ЗУ (СЗУ) имеют меньшее время доступа и не требуют циклов регенерации (восстановления) информации. Микросхемы динамических ЗУ (ДЗУ) характеризуются большей емкостью и меньшей стоимостью, но требуют схем регенерации и имеют значительно большее время доступа. У статических ЗУ время доступа совпадает с дли­тельностью цикла.

Для микросхем, использующих примерно одну и ту же технологию, ем­кость ДЗУ по грубым оценкам в 4 — 8 раз превышает емкость СЗУ, но по­следние имеют в 8 — 16 раз меньшую длительность цикла и большую стои­мость. По этим причинам в основной памяти практически любого компьюте­ра, проданного после 1975 года, использовались полупроводниковые микро­схемы ДЗУ (для построения кэш-памяти при этом применялись СЗУ). Есте­ственно, были и исключения, например, в оперативной памяти суперкомпью­теров компании Cray Research использовались микросхемы СЗУ.

Для обеспечения сбалансированности системы с ростом скорости про­цессоров должна линейно расти и емкость ОП. В последнее время емкость микросхем динамической памяти учетверялась каждые три года, увеличива­ясь примерно на 60 % в год. К сожалению скорость этих схем за этот же пе­риод росла гораздо меньшими темпами (примерно на 7 % в год). В то же время производительность процессоров, начиная с 1987 года, практически увеличивалась на 50 % в год.

Таким образом, согласование производительности современных процес­соров со скоростью ОП вычислительных машин и систем остается на сего­дняшний день одной из важнейших проблем. Методы повышения производи­тельности за счет увеличения размеров кэш-памяти и введения многоуровне­вой организации кэш-памяти могут оказаться недостаточно эффективными с точки зрения стоимости систем. Поэтому важным направлением современ­ных разработок являются методы повышения пропускной способности памя­ти за счет ее организации, включая специальные методы организации ДЗУ.

Оперативная (основная) память представляет собой следующий уровень иерархии памяти. Оперативная память удовлетворяет запросы кэш-памяти и служит в качестве интерфейса ввода/вывода, поскольку является местом назначения для ввода и источником для вывода. Для оценки производительно­сти (быстродействия) основной памяти используются два основных парамет­ра: задержка и полоса пропускания. Традиционно задержка оперативной па­мяти имеет отношение к кэш-памяти, а полоса пропускания или пропускная способность относится к вводу/выводу. В связи с ростом популярности кэш­памяти второго уровня и увеличением размеров блоков у такой кэш-памяти полоса пропускания основной памяти становится важной также и для кэш­памяти.

Задержка памяти традиционно оценивается двумя параметрами: време­нем доступа и длительностью цикла памяти.

Оперативная память современных компьютеров реализуется на микро­схемах статических и динамических запоминающих устройств с произволь­ной выборкой. Микросхемы статических ЗУ (СЗУ) имеют меньшее время доступа и не требуют циклов регенерации (восстановления) информации. Микросхемы динамических ЗУ (ДЗУ) характеризуются большей емкостью и меньшей стоимостью, но требуют схем регенерации и имеют значительно большее время доступа. У статических ЗУ время доступа совпадает с дли­тельностью цикла.

Для микросхем, использующих примерно одну и ту же технологию, ем­кость ДЗУ по грубым оценкам в 4 — 8 раз превышает емкость СЗУ, но по­следние имеют в 8 — 16 раз меньшую длительность цикла и большую стои­мость. По этим причинам в основной памяти практически любого компьюте­ра, проданного после 1975 года, использовались полупроводниковые микро­схемы ДЗУ (для построения кэш-памяти при этом применялись СЗУ). Есте­ственно, были и исключения, например, в оперативной памяти суперкомпью­теров компании Cray Research использовались микросхемы СЗУ.

Для обеспечения сбалансированности системы с ростом скорости про­цессоров должна линейно расти и емкость ОП. В последнее время емкость микросхем динамической памяти учетверялась каждые три года, увеличива­ясь примерно на 60 % в год. К сожалению скорость этих схем за этот же пе­риод росла гораздо меньшими темпами (примерно на 7 % в год). В то же время производительность процессоров, начиная с 1987 года, практически увеличивалась на 50 % в год.

Таким образом, согласование производительности современных процес­соров со скоростью ОП вычислительных машин и систем остается на сего­дняшний день одной из важнейших проблем. Методы повышения производи­тельности за счет увеличения размеров кэш-памяти и введения многоуровне­вой организации кэш-памяти могут оказаться недостаточно эффективными с точки зрения стоимости систем. Поэтому важным направлением современ­ных разработок являются методы повышения пропускной способности памя­ти за счет ее организации, включая специальные методы организации ДЗУ.