Memoria in PC. Memoria principala. Memoria cache.

Transcripción

1 Memoria in PC Memoria principala. Memoria cache. C U R S 0 5 A N C A A P Ă T E A N - A C - U T C N

2 5.4. InstrucŃiuni pentru operańii cu şiruri Tematica CURS InstrucŃiuni pentru operańii primitive Introducere Din interiorul PC-ului Din exteriorul PC-ului Cresterea performantelor PC-ului Evaluarea performantelor PC-ului Introducere reprezentarea informatiei in calculator. Tipuri de calculatoare Memoria in PC. Memoria cache. Echipamente de stocare date: FD, HDD, SSD, CD/DVD, Flash USB Clasificarea Flynn. Paralelismul în prelucrarea datelor. CISC vs RISC Istoria calculatoarelor. Calculatorul von Neumann. Echipamente periferice. Control transfer de date. Polling, Intreruperi, DMA. Echipamente de intrareiesire: monitor, tastatura, mouse, interfata grafica, interfete audio, etc Arhitecturi VLIW, EPIC,Prelucrare secventiala si secventialparalela Pipeline/ Superpipeline. Scalar/Superscalar Evaluarea performantelor calculatoarelor. Benchmark-uri. Arhitectura calculatoarelor personale/ PC. Istoria familiei de procesoare x86 Bus-uri si interfete folosite in PC. ISA, PCI, PCIe, IDE/ATA, SCSI, RS232, USB, IEEE 1284, etc Identificarea si configurarea resurselor PC Comparatie arhitecturi procesoare de uz general (GPP), DSP, MicroC, DSC, SoC. 2

3 Memoria in PC Obiective - prezentarea celor mai importante notiuni legate de memoria din PC Tipuri de memorii: Clasificarea memoriilor dupa: a) Amplasarea memoriei in raport cu unitatea centrala b) Unitatea de transfer c) Metoda de acces d) Tipul memoriei (tehnologia de realizare) e) Caracteristicile fizice f) Capacitatea de stocare g) PerformanŃele circuitului de memorie Ierarhia de memorii din PC Memoria ROM vs memoria RAM Introducere memorii DRAM Introducere memorii SRAM Memorii DRAM memoria principala Memorii SRAM memoria cache 3 p

4 Memoria in PC Introducere Memoria = unitate functionala a sistemului de calcul (SC) destinata pastrarii/stocarii informatiei Tipuri de memorii (tehnologii): Discuri magnetice - valorile sunt memorate ca magnetizare a unei suprafete magnetice - capacitate extrem de mare, dar extrem de lente Cu cat tehnologia e mai avansata (densitate mare, rapiditate )-> pretul SRAM (static RAM) - valorile sunt memorate in bistabile nu au nevoie de cicluri de refresh - caracteristici: foarte rapide, dar ocupa spatiu mare (densitate mica) si in plus consuma mult 4 p p

5 Memoria in PC Tipuri de memorii a) dupa Amplasarea memoriei in raport cu unitatea centrala: Memorii interne = registrele UCP, memoria cache, memoria principala; Memorii externe de la periferice: discuri/benzi magnetice accesate de UCP prin controlere de I/O Memoria interna: principala, operativa = memorie semiconductoare (EPROM/Flash, SRAM, DRAM) - permite acces aleator (citire/scriere) la nivel de locatie (cuvant de date) - timp de acces mediu: 15ns-70ns, constant - capacitate medie: 64ko-4Go Memoria externa: - pe suport magnetic (floppy-fdd, hard-disc HDD, banda magnetica), suport optic (CD, DVD) sau semiconductor (memorii nevolatile, Flash, smart-card, SSD, etc.) - acces aleator la nivel de bloc (ex: sector) si secvential in interiorul blocului; la banda magnetica accesul este doar secvential - timp de acces relativ mare: 10ms-10s, variabil - capacitate f. mare: 1Go-1To, teoretic nelimitata - UCP are acces direct la memoria interna prin intermediul magistralei sistem - spatiu liniar de adresare > locatiile sunt ordonate pe baza de adresa - spatiul de memorie poate fi structurat pe segmente - la arhitectura Harvard (ex: microcontrolere, DSP) exista memorie separata pt program si pt date (2 spatii de adresare separate) - UCP are acces prin interfete specializate, conectate pe magistrala - memorie structurata pe unitati fizice (ex: sectoare) si logice (clustere, fisiere, directoare) p p

6 Memoria in PC Tipuri de memorii a) dupa Amplasarea memoriei in raport cu unitatea centrala: b) dupa Unitatea de transfer: Cuvântul in gen, pt memoria interna unitatea de transfer este de dimensiunea cuvantului Blocul - pt memoria externa se transfera in gen unitati mai mari de informatie decat un cuvant: blocuri c) dupa Metoda de acces: Acces secvenńial (serial): accesul realizat intr-o secventa liniara, iar pt citire se fol un cap de citire-scriere ex: unităţile de bandă memoria este organizată în unităńi de date, numite înregistrări. - timpul de acces e variabil, depinzand de pozitia informatiei raportat la capul de citire-scriere Acces direct (pozitional): blocurile sau înregistrările individuale au o adresă unică pe bazaamplasării fizice a acestora, pt citire: mecanism partajat de citire-scriere ; -timp de acces variabil (dep de adresă); sunt necesare operańii de pozińionare care preced accesul la memorie; ex: unităţile de disc magnetic sau optic Acces aleator (Random Acces Mem): timpul de acces al unei locańii date nu depinde de secvenńele accesarilor anterioare ci numai de caracteristicile constructive ale memoriei şi este constant; - pt citire exista un mecanism separat de adresare (prin adresa) ex: memoria principala semiconductoare RAM -> Acces asociativ : un cuvânt este regăsit pe baza unei părţi a conţinutului acestuia şi nu pe baza adresei (memorie adresabilă prin conńinut). Fiecare locańie are propriul mecanism de adresare, iar timpul de regăsire este constant ex: la memoria cache cu acces asociativ p

7 Memoria in PC Tipuri de memorii (2) a) dupa Amplasarea memoriei in raport cu unitatea centrala: b) dupa Unitatea de transfer: c) dupa Metoda de acces: d) dupa Tipul memoriei (tehnologia de realizare) memorii magnetice - informańia este memorată pe baza sensului câmpului magnetic produs în jurul unor inele (tor) de ferită; - sunt nevolatile, dar citirea este distructivă; la o operatie de citire: ciclul de memorie cuprinde citirea şi rescrierea, la o operatie de scriere: ciclul cuprinde stergerea şi scrierea în memorie, = o tehnologie depăşită. memorii cu semiconductori - informańia este memorată folosind circuite care permit sau nu trecerea curentului electric; - sunt volatile (pt a nu se pierde informańia au nevoie de o baterie de alim proprie) dar citirea nu e distructivă

8 Memoria in PC Tipuri de memorii (2) a) dupa Amplasarea memoriei in raport cu unitatea centrala: b) dupa Unitatea de transfer: c) dupa Metoda de acces: d) dupa Tipul memoriei (tehnologia de realizare) e) dupa Caracteristicile fizice: e1) Alterabilitate (acceptarea operatiilor si de scriere, nu doar de citire): Scrierea in memorie -> poate fi reversibilă sau permanentă Memorii cu citire-scriere (Read/Write): permit citirea şi scrierea în timpul funcńionării = memorii cu acces aleator (RAM-Random Acces Memory) denumire improprie Memorii numai cu citire (ROM Read Only Memory): conńinutul lor nu poate fi modificat Citirea - prin metode de acces aleator iar Scrierea- ca parte a procesului de fabricańie Posibilitatea modificării, de către UCP (on-line) a informatiilor înscrise în dispozitivul de memorie; ex. memorii alterabile: dispozitivele RAM statice şi dinamice, discul magnetic, banda magnetică ex. memorii nealterabile: memorii ROM, PROM, EPROM e2) Permanenta stocării - Procesul fizic fol pt stocarea informaţiei este uneori instabil => informaţia s-ar pierde după un timp dacă nu se iau măsuri de restaurare Există trei evenimente care pot duce la pierderea informańiei stocate: citire distructivă (vs citire nedistructiva) - la anumite memorii, operańia de citire distruge informańiile memorate stocare dinamică: ex: DRAM (vs stocare statica: SRAM) - necesită reîmprospătare volatilitatea : ex: memorii volatile: inf se pierde la întreruperea tens de alimentare: memoria RAM

9 Memoria in PC Tipuri de memorii (3) - dpdv al utlizatorului: cele mai imp: f) dupa Capacitatea de stocare capacitatea si performanta exprimata prin: Dimensiunea cuvântului de memorie(8, 16, 32,64 sau 128 de biţi) Numarul de cuvinte exprimata cu multiplii K, M, G, g) dupa PerformanŃele circuitului de memorie Timpul de acces = timpul mediu necesar pt a scrie/a citi o data din/in memorie - se calculeaza din momentul cand dispozitivul de memorie primeste cererea de citire (scriere) pana in momentul cand informatia este disponibila; timpul la citire e diferit de timpul la scriere - depinde de caracteristicile fizice ale mediului de stocare şi de tipul (modul) de acces folosit. - pt memorii cu acces non-aleator: t_acces = timpul necesar pozińionării coresp a capului de citire/scriere Durata ciclului = intervalul de timp ce se scurge între initierea a 2 accesari pt transferul succesiv la/de la acelasi dispozitiv de memorie = timpul de acces + timpul suplimentar necesar până când poate începe un nou acces (ex: timp pt refresh) Rata de transfer = rata (frecventa) cu care datele pot fi transferate la/ de la unitatea de memorie pt memoria cu acces aleator, rata de transfer este egala cu 1/(Durata ciclului) p 9

10 Memoria in PC Grila intrebarile1-9+ Obiective - prezentarea celor mai importante notiuni legate de memoria din PC Tipuri de memorii: Clasificarea memoriilor dupa: a) Amplasarea memoriei in raport cu unitatea centrala b) Unitatea de transfer c) Metoda de acces d) Tipul memoriei (tehnologia de realizare) e) Caracteristicile fizice f) Capacitatea de stocare g) PerformanŃele circuitului de memorie Ierarhia de memorii din PC Memoria ROM vs memoria RAM Introducere memorii DRAM Introducere memorii SRAM Memorii DRAM memoria principala Memorii SRAM memoria cache 10 p

11 Un exemplu real de sistem cu memorie A N C A A P Ă T E A N - A C - U T C N [Null]

12 Cateva sisteme nu tocmai actuale Std pe procesor Mem piata RAM PC KB XT sau 8086 Mem cache Floppy disc buc 5 ¼ inchi 360KB 1M buc 5 ¼ inchi 360KB AT MB - 1 buc 5 ¼ inchi 1,2 MB Hard disc - 10MB 20 MB Grafica Text sau CGA Text sau CGA Text, CGA sau EGA Port paralel Port serial Frecv ceasului Bus 1 sau 2 1 sau 2 8MHz ISA 1 sau 2 1 sau 2 8 sau 10MHz ISA 1 sau 2 1 sau 2 12 sau 16MHz EISA Bazat pe 386 (SX sau DX) Bazat pe 486 (SX sau DX) PS/ MB, 1-16 MB MB, 4-64MB sau PS/ sau Primele Pentium Sist din sau 128 KB 256KB 1 buc 3 ½ inchi 1,44MB 1 buc 3 ½ inchi 1,44MB 1-16MB - 1buc 3 ½ inchi 1,44MB 1-16MB - 1 buc 3 ½ inchi 1,44MB 1993 Pentium 8-64MB 512KB 2004 Pentium 4, Celeron, Athlon 256MB- 1GB 512KB 1 buc 3 ½ inchi 1,44MB 1 buc 3 ½ inchi 1,44MB 80MB, 120MB 230MB, 340MB Pana la 117MB Pana la 130MB Pana la 1,2GB Pana la 120GB Text, VGA sau SVGA Text, VGA sau SVGA Text, EGA sau VGA Text, VGA sau SVGA Text, VGA sau SVGA Text, VGA SVGA sau XGA 1 sau 2 1 sau 2 16 sau 20MHz, resp 25 sau 33MHz 1 sau 2 1 sau 2 25, 33, resp 33,50,66MHz 1 sau 2 1 sau 2 8,10,16 sau 20MHz 1 sau 2 1 sau 2 8,10,16 sau 20MHz EISA ISA sau VL bus MCA MCA 1 sau 2 1 sau 2 66 sau 133MHz EISA si VL 1 sau 2 1 sau 2 2,1; 2,8 sau 3,2GHz PCI si USB

13 Memoria in PC Ierarhia de memorii In PC: elementul central = unitatea centrala de prelucrare CPU a informańiilor (localizată în procesor) - înconjurat de o serie de circuite cu rol de memorare a informańiilor - organizate pe mai multe nivele, într-o structură ierarhică (în funcńie de distanńa fańă de CPU) Pe măsură ce se indepărtează de CPU, nivelele de memorie* au capacitate mai mare, dar viteză mai mică Nivelul regiştrilor procesorului - au cel mai mic timp de acces, se afla in acelaşi circuit cu CPU. Se doresc registrii cât mai multi posibil pt a mări performanńa, dar practic: nr lor este redus =>e imposibil ca o aplicańie decenta să se poată executa exclusiv cu ajutorul regiştrilor (fără a face deloc apel la nivelele următoare de memorie). Nivelul memoriei cache («imediată») = singurul nivel care poate lipsi, fără ca aceasta să implice o schimbare în programele care rulează -> nu se poate gestiona prin software (prin programe) - memoria cache poate fi împărńită pe nivele: poate exista un modul cache în interiorul procesorului (numit cache L1), de capacitate mica şi care funcńionează practic la viteza procesorului, - un alt modul pe placa de bază (cache L2), care este mai mare decât cache-ul L1 şi puńin mai lent. - unele implementări pot lucra chiar cu 3 nivele de cache, dintre care 2 fiind integrate în procesor. Nivelul memoriei principale «RAM» (prelucrarea informańiei înseamnă implicit modificarea acesteia); Nivelul memoriei secundare - stocare persistentă. Spre deosebire de nivelele anterioare, care sunt volatile, la acest nivel informańiile se păstrează şi după întreruperea alimentării calculatorului. Tot aici se considera si memoria virtuală. Formele de implementare a memoriei secundare sunt: discul dur (cel mai folosit), discheta, mediile optice (CD, DVD, BD), banda magnetică etc. *memoria ROM este considerata caz special, nu se incadreaza aici -> vezi BIOS 13

14 Memoria in PC Ierarhia de memorii (2) - In Sistemele de Calcul (SC) COMPROMIS intre densitate si viteza: - ideal ar fi memorie cat mai mica (dpdv al dimens fizice) dar cat mai mare (dpdv al capacitatii), - de viteza cat mai crescuta -> nu prea e posibil fara costuri ridicate - => sistem cu performante bune la pret bun : o combinatie de memorii Organizarea ierarhica a memoriei = nivele diferite de mem cu timp de acces si capacitate diferite CPU mare mic Performanta, Vitezade acces, darsi Pretper bit t acces Nivel 0 Nivel 1 Nivel 2 Nivel n Capacitateamemoriei (folositain Sist de calcul) la fiecare nivel Densitatea Capacitatea mem folin SC, Timpul deacces, cresccu distanta fata de CPU Un posibil exemplu: mic Nivel 0 registrele CPU Nivel 1 = cache nivel 1 - SRAM (inclus in procesor) Nivel 2 = cache nivel 2 - SRAM (extern sau inclus) Nivel 3 = mem. Principala- DRAM (module pe placa de baza) Nivel 4 = unitate disc magnetic - HDD (in cutie, on-line)=mem. Secundara Nivel 5 = mem. optica - CD-ROM (near-line) mare Nivel 6 = caseta/banda magnetica (off-line, pentru back-up) Nivel 7 = biblioteci - casete/cd/dvd (shelf=raft automatizat)

15 Memoria in PC Ierarhia de memorii (3) memoria = componenta funcńională destinată păstrării informańiei - clasificare in functie de distanta fata de procesor [masurata in nr cicluri masina necesare accesarii]: 1. Registrele CPU : cache - de nivel 1 (interna) : de nivel 2 (interna sau externa) : (de nivel 3 - externa) 4. memoria principala : de aprox 10x mai multi decat cache L1 5. memorie secundara (HDD) : de aprox 1000x mai multi decat cache L1 - cu cat e mai aproape de CPU, cu atat e mai rapida - cu cat e mai rapida, cu atat tehnol de implem e mai evoluata => Costuri per bit mai ridicate In sist de calcul, compromis: cele scumpe > capacitate mai mica (nu ne permitem prea multa de acest tip) Densitate mai ridicata (dist mai mici intre tranzistoare) cele ieftine > capacitate mai mare => se obtin sisteme cu performante bune la costuri acceptabile 15

16 Memoria in PC Ierarhia de memorii (4) Ierarhia de memorii bazata pe principiile localitatii Pt a accesa o anumita informatie (instructiune sau data), UCP trimite o cerere catre memoria cea mai apropiata (in gen, mem cache); Daca informatia resp nu se afla in cache, atunci se cauta mai departe, pe urmatorul nivel al ierarhiei (in gen, memoria principala, abia apoi pe disc- in mem secundara, etc), Odata ce informatia vizata este localizata: Informatia + un numar de elemente apropiate ei (un bloc) sunt aduse (FETCH) in memoria cache Ce spune principiului localitatii : Într-un interval de timp dat, referinńele la memorie tind să se restrângă în zone locale ale memoriei (odata ce un octet a fost accesat, este foarte posibil ca un element din apropiere sa fie accesat curand exemplu: primul element din cadrul unui sir ce se doreste a fi folosit intr-o problema) 3 tipuri de localitate: Localitatea spańială: acesarile tind sa fie grupate in spatiul de memorie Un program utilizează date şi instrucńiuni ale căror adrese sunt apropiate unele de altele în spańiul de adrese Exemple: ReferinŃele la elementele unui tablou, Citirea secvenńială a instrucńiunilor din memorie Localitatea temporală: cele recente (dpdv al accesului) tind sa fie accesate din nou Datele sau instrucńiunile referite recent au o probabilitate ridicată de a fi referite în viitorul apropiat Exemplu: buclă iterativă Localitatea secvenńială : Majoritatea instrucńiunilor sunt executate într-o ordine secvenńială ExcepŃii: salturi sau apeluri de proceduri 16

17 Accesarea datelor din memorie Transferurile de date au loc în blocuri (pagini sau linii) cu dimensiuni fixe Blocurile sunt transferate numai între 2 nivele adiacente la un moment dat Definitii generalizate privind conceptul de memorie : un succes = cand datele cautate (la un anumit nivel de memorie) sunt gasite un esec = cand datele cautate (la un anumit nivel de memorie) nu sunt gasite La procesarea unui succes - e implicat timpul necesar accesarii datelor la un nivel dat de memorie. La procesarea unui esec e implicat timpul pt inlocuirea blocului de memorie + timpul necesar livrarii datelor la CPU Dacă datele cerute de procesor se află într-un bloc al nivelului superior => succes( hit ) Dacă datele nu se află în nivelul superior: => eşec ( miss ) Rata de succes =procentul de cautari incheiate cu un succes = raportul între nr accesarilor la memorie pt care se obńine un succes şi nr total de accesari Rata de eşec = procentul de cautari incheiate cu un esec R e = 1 R s = raportul între nr accesarilor la memorie pt care se obńine un eşec şi nr total de accesari - daca există un bloc în memoria M i -> există si o copie a blocului în fiecare din nivelele inferioare M i+1,, M n - dacă un bloc nu este găsit în memoria M i : -> se transmite o cerere pt acest bloc la nivelele inferioare - dacă nu mai există spańiu în memoria M i : -> se înlocuieşte un bloc din M i fol o strategie de înlocuire predefinită Avantajul unui sistem de memorie ierarhic: în maj timpului informańia e preluată din nivelul cel mai rapid M 1 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 17

18 Memoria in PC Grila intrebarile Obiective - prezentarea celor mai importante notiuni legate de memoria din PC Tipuri de memorii: Clasificarea memoriilor dupa: a) Amplasarea memoriei in raport cu unitatea centrala b) Unitatea de transfer c) Metoda de acces d) Tipul memoriei (tehnologia de realizare) e) Caracteristicile fizice f) Capacitatea de stocare g) PerformanŃele circuitului de memorie Ierarhia de memorii din PC Memoria ROM vs memoria RAM Introducere memorii DRAM Introducere memorii SRAM Memorii DRAM memoria principala Memorii SRAM memoria cache 18 p

19 Memoria in PC Memorii ROM si Memorii RAM Exista 2 mari categorii de memorie intr-un SC: A. ROM (read-only-memory) e nevolatila in gen are acces doar la operatii de citire din ea; - in timp au aparut si cele care suporta scriere prin procedee speciale: PROM (inscrise o singura data, cu masti), EPROM (inscrise cu raze UV cu un aparat special), EEPROM (inscrise electric) - are timp de acces mai mare ca RAM B. RAM (random access memory) e volatila e destinata stocarii temporare sau semitemporare a informatiilor; nu e pt stocare permanenta ca la HDD de exemplu; - permite operatii de citire si scriere - are timp de acces relativ mic - Exista 2 tipuri de RAM: dinamica (DRAM) si statica (SRAM) 19 Intre ele: C. memorie flash = compromis intre RAM si ROM, dar timp acces flash > timp acces RAM p

20 Memoria in PC Memoria ROM vs memoria RAM A. Memorii permanente sau semipermanente ROM (Read Only Memory) -în gen mai lente ca mem RAM - în principiu, permit doar operańiile de citire a informańiilor memorate; - sunt nevolatile => loc sigur pt secventele importante ale sistemului (BIOS) necesare incarcarii SO memorii PROM (programmable ROM) - programabile de către utilizator o singura scriere - prin semnale electrice (cu un echipam special inscriptor ); memorii EPROM (erasable PROM) - programabile de către utilizator, dar pot fi şterse şi reînscrise cu un dispozitiv special ce emite lumina UV. memorii EEPROM (electrically erasable PROM) sau flash ROM se pot rescrie ori de cate ori, in mod electric: nu necesita echip de stergere, ci se aplica un c.el.; pot fi sterse doar portiuni ale mem: un octet la un mom dat (EEPROM) sau in blocuri de octeti (flash ROM) B. Memorii temporare sau semitemporare RAM (random access memory) sunt volatile Cand se dau specificatiile memoriei din PC, se refera la: memoria (D)RAM = memorie principala = memorie primara - fol pt a stoca programe + date necesare sist. la executia programelor In gen 2 tipuri de RAM: dinamica (DRAM) si statica (SRAM) -> ambele sunt volatile DRAM trebuie reimprospatata informatia din DRAM la fiecare cateva msec pt a nu pierde datele SRAM - le pastreaza cat timp e alimentata cu energ electrica, mai rapida si mai scumpa decat DRAM Proiectantii fol DRAM dat densitatii memoriei: poate stoca mai multi biti pe cip, fol mai putina putere, genereaza mai putina caldura (ca SRAM) p => DRAM pt memoria principala => SRAM pt memoria cache 20

21 Memoria in PC Memoria ROM A. Memorii permanente sau semipermanente ROM (Read Only Memory) - în principiu, permit doar operańiile de citire a informańiilor memorate; - sunt nevolatile => loc sigur pt secventele importante ale sistemului (BIOS) necesare incarcarii SO - informańia memorată este scrisă o singură dată şi nu poate fi suprascrisă decat la anumite tipuri si prin anumite procedee specifice (in prezent afirmatia nu prea mai e adevarata, vezi EEPROM) - fol pt memorarea sigură şi ieftină a unor secvenńe de program frecvent utilizate în sistemele de calcul (BIOS); - memoria ROM isi pastreaza mereu datele -> apare si in sisteme embedded unde programele nu se schimba Ex: sist automobile, jucarii, imprim laser (stocarea fonturilor) - în general mai lente decât memoria RAM. memorii PROM (programmable ROM) - programabile de către utilizator o singura scriere - prin semnale electrice (cu un echipam special inscriptor ); - legaturile sunt realizate prin programare ( sigurante hdw) -> odata inscrisa, inform nu mai poate fi modificata Avantaje: flexibilitate şi cost moderat Dezavantaj: nu pot fi şterse memorii EPROM (erasable PROM) - programabile de către utilizator, dar pot fi şterse şi reînscrise cu un dispozitiv special ce emite lumina UV. - pt reprogramare, cipul trebuie sters anterior, dar stergerea poate fi realizata in mo repetat memorii EEPROM (electrically erasable PROM) sau flash ROM se pot rescrie ori de cate ori, in mod electric: nu necesita echip de stergere, ci se aplica un c.el. in plus, pot fi sterse doar portiuni ale mem: un octet la un mom dat (EEPROM) sau in blocuri de octeti (flash ROM) 21 p

22 Memoria in PC Memoria RAM B. Memorii temporare sau semitemporare RAM (random access memory) sunt volatile : sunt destinate stocarii temporare sau semitemporare a informatiilor; Cand se dau specificatiile memoriei din PC, se refera la: memoria (D)RAM = memorie principala = memorie primara - fol pt a stoca programe si date necesare sistemului la executia programelor In gen 2 tipuri de RAM: dinamica (DRAM) si statica (SRAM) -> ambele sunt volatile DRAM trebuie reimprospatata informatia din DRAM la fiecare cateva msec pt a nu pierde datele SRAM - le pastreaza cat timp e alimentata cu energ electrica, nu are nevoie de reimprospatare ca DRAM SRAM mai rapida, dar cu densitate mai mica si pret mai mare decat DRAM Proiectantii fol DRAM dat densitatii memoriei: poate stoca mai multi biti pe cip, fol mai putina putere, genereaza mai putina caldura (ca SRAM) => DRAM pt memoria principala - (desi mem princ fol aceeasi tehnol ca registrele CPU, viteza de acces este < datorita localizarii ei: inafara CPU) => SRAM pt memoria cache Diferite variante DRAM: Multibank (MDRAM), Fast Page(FPM DRAM), Extended Data Out (EDO DRAM), Burst EDO (BEDO DRAM), Synchronous (SDRAM), Direct Ramburs (DR DRAM), Async, Sync, Pipeline Burst SRAM p 22

23 Memoria in PC Memoria ROM vs memoria RAM (2) A. ROM nu necesita operatie de refresh, - Se foloseste pt a stoca permanent sau semi-permanent date de care este nevoie inclusiv dupa oprirea SC (informatia din BIOS a se vedea Curs 08 +LAB 10) - ROM exista ca cip pe PB sau functiile ei sunt incluse in chipsetul PB B. RAM DRAM (Dynamic RAM) - Stările 1 şi 0 -> prezenńa sau absenńa unei sarcini memorate într-un condensator - Condensatorul (capacitorul) se descarca incet in timp -> trebuie reimprospatat la interval de cateva milisec pt a preveni pierderea datelor - Implementare: 1 tranzistor + 1 capacitor pt fiecare bit de stocare (celula) din chipul memoriei - => densitate de memorare ridicată + costuri tehnologice mai mici - Folosita ca memorie principala, dimensiuni uzuale: de ordinul GB - DRAM e singurul tip de mem care trebuie instalat in sistem SRAM (static RAM) = un grup de 6 tranzistoare; datorita lipsei capacitorului, nu trebuie reimprospatat continutul ei (similar cu bistabilul D flip-flop ) => Viteza ridicata - Folosita ca memorie cache, dimensiuni uzuale: de ordinul MB. - SRAM e in interiorul capsulei procesorului sau pe PB (in functie de modelul PB si nivelul cache-ului) 23 p

24 Memoria in PC Obiective - prezentarea celor mai importante notiuni legate de memoria din PC Tipuri de memorii: Clasificarea memoriilor dupa: a) Amplasarea memoriei in raport cu unitatea centrala b) Unitatea de transfer c) Metoda de acces d) Tipul memoriei (tehnologia de realizare) e) Caracteristicile fizice f) Capacitatea de stocare g) PerformanŃele circuitului de memorie Ierarhia de memorii din PC Memoria ROM vs memoria RAM Introducere memorii DRAM Introducere memorii SRAM Memorii DRAM memoria principala Memorii SRAM memoria cache 24 p

25 Memoria in PC Introducere memorii DRAM DRAM (Dynamic RAM) Avantaje: densitatea ft mare: pe un chip de dimensiuni date se pot impacheta multi biti (ocupa putin spatiu) + este ieftina => cantitati mari de memorie la preturi accesibile In prezent: densitate de 4Gb (adica 512MB) pe chip (cu 1 tranzistor pe bit) => 4 miliarde tranzistoare pe chip; Dezavantaj1: Necesitatea improspatarii continutului Dezavantaj2: DRAM e lenta, in mod tipic mai lenta ca UCP Functionare: fiecare celula retine informatia sub forma de sarcina electrica intr-un capacitor MOS (0 sau 1), iar sarcina electrică din capacitor se descarcă lent (ca un pahar plin, dar fisurat) => pierderea informaţiei: circuitul "uită" inf. stocată; mai exista tranzistorul ce actioneaza ca un switch (comutator) ce permite schimbarea starii memoriei Pt a preveni pierderea informatiei, din timp în timp, informaţia trebuie reîmprospătată: condensatoarele trebuie reîncărcate cu informaţia stocată anterior -> tranzistorul fiecarui bit citeste starea sarcinii capacitorului adiacent: daca capacitorul e incarcat => celula va contine 1, iar daca nu e incarcat va contine un 0.! = funcţionare dinamică -ppîncărcarea periodică a condensatoarelor interne = refresh are loc atunci cand controlerul de mem acceseaza toate liniile de date din chipul de mem in gen la cateva zeci de msec - Dezav: aceasta operatie necesita timp -> UCP realizeaza ac operatie (il impiedica sa realizeze alte operatii mai importante): - in sist mai vechi ac operatie de refresh la DRAM ocupa in jur de 10% din timpul total al UCP p - in prezent, cu UCP ruland in domeniul GHz, operatia ocupa in jur de 1% sau chiar mai putin -> ok 25

26 Memoria in PC Introducere memorii DRAM (2) DRAM (Dynamic RAM) Avantaje: densitatea ft mare: pe un chip de dimensiuni date se pot impacheta multi biti (ocupa putin spatiu) + este ieftina => cantitati mari de memorie la preturi accesibile In prezent: densitate de 4Gb (adica 512MB) pe chip (cu 1 tranzistor pe bit) => 4 miliarde tranzistoare pe chip; Dezavantaj1: Necesitatea improspatarii continutului Dezavantaj2: DRAM e lenta, in mod tipic mai lenta ca UCP => s-au cautat solutii de crestere a vitezei DRAM Unele sisteme permit modificarea parametrilor de timp de refresh din Setup-ul CMOS (BIOS): timpul intre 2 cicluri de refresh = tref [cicluri de ceas] BIOS - > CMOS Setup utility -> Current Memory clock -> tref - crescand acest timp (dintre 2 cicluri de refresh) pt a imbunatati performanta sistemului poate provoca drenarea prematura a celulelor => pierderea informatiei din memoria DRAM. Majoritatea sistemelor moderne insa, nu permit acest lucru -> sunt setate automat valorile de timp intre 2 cicluri de refresh la DRAM: se citeste valoarea tref dintr-o memorie mica ROM (SPD -serial presence detect) aflata pe modulul de memorie SPD comunica BIOS-ului informatiile despre modulul de memorie: dimensiune, capacitate, latime date, viteza, temporizare, voltaj -> BIOS va configura controlerul de mem a.i. performanta sa fie maximizata -> se seteaza frecventa ciclurilor in concordanta, fara ca utilizatorul sa le poata modifica 26 p

27 Memoria in PC Grila intrebari Obiective - prezentarea celor mai importante notiuni legate de memoria din PC Tipuri de memorii: Clasificarea memoriilor dupa: a) Amplasarea memoriei in raport cu unitatea centrala b) Unitatea de transfer c) Metoda de acces d) Tipul memoriei (tehnologia de realizare) e) Caracteristicile fizice f) Capacitatea de stocare g) PerformanŃele circuitului de memorie Ierarhia de memorii din PC Memoria ROM vs memoria RAM Introducere memorii DRAM Introducere memorii SRAM Memorii DRAM memoria principala Memorii SRAM memoria cache 27 p

28 Memoria in PC Introducere memorii SRAM SRAM (Static RAM) Avantaj1: nu necesita refresh Functionarea SRAM: un grup de 6 tranzistoare pt fiecare bit de stocare; nu foloseste capacitor -> nu se pierde sarcina stocata - atat timp cat exista alimentare cu energie electrica, SRAM tine minte ce a stocat Avantaj2: e mult mai rapida, fiind capabila sa tina pasul cu procesoarele din sistemele actuale Dezavantaje: - Datorita proiectarii au densitate mai mica, ocupand un spatiu mai mare pt aceeasi capacitate - mult mai scumpe ca pret per bit Ex: un chip DRAM stocheaza de aprox 60 ori mai multa informatie in aceeasi unitate vs un chip SRAM - un chip DRAM ce stocheaza 4 Gb (512 MB) are corespondent dpdv al dimensiunii fizice (ocupata) un chip SRAM ce poate stoca doar 72Mb (9MB) - proiectantii de sisteme au hotarat sa investeasca in memorie SRAM de dimensiune mai mica in sisteme, cu rol de buffer sau tampon de mare viteza intre UCP si memoria principala, acest buffer putand lucra la viteze apropiate de cele ale UCP avand rolul de a anticipa informatia dorita de UCP si de a o stoca in avans cererii ei de catre UCP p 28

29 Memoria in PC Introducere memorii SRAM (2) Istoric SRAM (Static RAM) - pana in 1990 DRAM era limitata la aprox. 60 ns (adica 16 MHz = 1/60ns) durata unui ciclu - procesoarele din acea vreme rulau la frecvente in jurul valorii 16MHz sau mai putin => memoria DRAM disponibila atunci tinea pasul cu procesorul si PB (deci nu era nevoie de un alt fel de memorie, ex. cache) - din momentul cand procesoarele au inceput sa aiba viteze > 16MHz adica perioada > in SC : procesoare 386 la 16 MHz 20 MHz sau => memoria DRAM nu a mai facut fata => a inceput sa apara memoria SRAM in sisteme ca memorie cache pe PB => memoria cache = un buffer format din mem SRAM ca zona tampon intre UCP si memoria DRAM (care era mai lenta) - controlerul de memorie cache anticipeaza ce inf din mem principala doreste UCP a fi accesate si le preincarca in memoria cache - astfel, cand UCP face acces la ac inf, ele sunt livrate din memoria cache la viteze mai ridicate decat ar fi fost livrate din mem principala p 29

30 Memoria si interfatarea ei in PC Obiective - prezentarea celor mai importante notiuni legate de memoria din PC Tipuri de memorii: Clasificarea memoriilor dupa: a) Amplasarea memoriei in raport cu unitatea centrala b) Unitatea de transfer c) Metoda de acces d) Tipul memoriei (tehnologia de realizare) e) Caracteristicile fizice f) Capacitatea de stocare g) PerformanŃele circuitului de memorie Ierarhia de memorii din PC Memoria ROM vs memoria RAM Introducere memorii DRAM Introducere memorii SRAM Memorii DRAM memoria principala Memorii SRAM memoria cache 30 p

31 Memoria si interfata ei in PC Tehnologii de memorii DRAM 1. Memorii DRAM cu interfańă asincronă: primele aparute -> in procesoare relativ lente Tr sa asigure intervale minime de timp pt operańiile interne: sa fie timp suficient pt terminarea taskului resp - dacă apare un impuls de ceas înainte de terminarea intervalului minim, tr să aştepte un nou impuls de ceas performanńele sunt limitate ÎmbunătăŃirea performanńelor: creşterea nr de bińi pe acces; suprapunerea operańiilor; eliminarea unor operańii interne Dezav: Porturi de I/E cu un număr mai mare de bińi Sunt necesari pini suplimentari de I/E creşte preńul Creşte curentul absorbit scade viteza Ex: FPM (Fast Page Mode) EDO (Extended Data Out) BEDO (Burst Extended Data Out) 2. Memorii DRAM cu interfańă sincronă: in prezent - elimină perioadele de aşteptare de către procesor - memorează anum. inform de la procesor sub controlul ceasului sistem: adresele, datele şi semnalele de control - au niste latch-uri (buffere) care se incarca cu inf Ceasul sistem = singurul semnal de sincronizare care trebuie furnizat memoriei => Intrările sunt simplificate Mem SDRAM - standardizate de comitetul JEDEC (Joint Electron Device Engineering Council) Ex: DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM) ESDRAM (Enhanced SDRAM) VCM (Virtual Channel Memory) - Memoria cu canale virtuale FCRAM (Fast Cycle RAM) Memorii DRAM bazate pe protocoale - fol aceeaşi magistrală pentru adrese, date şi control (celelalte au linii separate -> posibile limitari in viteza de funcńionare ) Ex: Rambus DRAM SLDRAM (SyncLink DRAM)

32 Memoria si interfata ei in PC Caracteristici ale memoriilor DRAM DRAM (dynamic RAM) - JEDEC (Joint Electron Device Engineering Council) a creat majoritatea chipurilor de memorie standard din industrie: FPM, SDRAM, DDR SDRAM, DDR2 SDRAM, DDR3 SDRAM, DDR4 SDRAM -> Rate de transfer mai ridicate performanńe superioare la o putere consumată mai redusă Modulele de memorie DDRn SDRAM nu sunt compatibile cu soclurile pentru modulele DDRn+1 SDRAM - Dar au fost si altele proprietare (unele nerecunoscute de JEDEC) de ex: EDO, RDRAM - Viteza memoriei : se exprima in nr cicluri sau durata unui ciclu - Viteza procesorului : exprimata in viteza ciclului de ceas sau nr de cicluri pe secunda => cicluri pe secunda sau secunde pe ciclu (interpretate corect furnizeaza aceeasi informatie) Ex: viteza ceasului: 4,77 MHz (mil cicluri pe sec) determina un timp pe ciclu de 210 ns 100 MHz 10 ns 800 MHz 1,25 ns 2000 MHz 0,5 ns 5000 MHz 0,2 ns p 32

33 Memoria si interfata ei in PC Evolutia memoriilor DRAM 33 DRAM (dynamic RAM) - primele: cele asincrone: FPM, EDO, BEDO, iar apoi au aparut cele sincrone: SDRAM - Odata cu aparitia SDRAM DDR, SDRAM DDR2 si SDRAM DDR3 ratele de transfer pe busul de memorie (latimea de banda) au inceput sa se apropie ca valoare de cea a busului procesor extern Exemplu: DRAM la 60 ns din Pentium original si Pentium II (pana in 1998) -> rata a ceasului de 16,7 MHz - ac mem lenta era instalata in sisteme cu procesor ce rula la 300 MHz sau mai mult (cu bus extern la 66MHz) => nu prea se potrivea busul procesor cu performanta memoriei principale - pt a redresa problema, inca din 1998 industria a adoptat mem SDRAM (synchronous DRAM) care putea obtine valoarea de 66 MHz si chiar 100 MHz (cat corespundea busului procesor) - de atunci au evoluat impreuna: Anul Tip memorie SDRAM Viteza ceas 1998 : SDRAM PC66, PC100, PC133 66MHz, 100MHz si 133 MHz 2000 : DDR SDRAM PC100 si PC MHz si 133 MHz 2001 : DDR SDRAM 200 MHz si 266 MHz 2002 : DDR SDRAM 333 MHz 2003 : DDR SDRAM 400 MHz 2004 : DDR2 SDRAM 400 MHz si 533 MHz 2005 : DDR2 SDRAM 667 MHz 2006 : DDR2 SDRAM 800 MHz 2007 : DDR2 SDRAM 1066 MHz 2007 : DDR3 SDRAM 1066 MHz 2008 : DDR3 SDRAM 1333 MHz si 1600 MHz 2009 : DDR3 SDRAM 1866 MHz si 2133 MHz p

34 Memoria in PC Memorii RAM -> DRAM DRAM (dynamic RAM) - JEDEC (Joint Electron Device Engineering Council) a creat majoritatea chipurilor de memorie standard din industrie: FPM, SDRAM, DDR SDRAM, DDR2 SDRAM, DDR3 SDRAM, DDR4 SDRAM -> Rate de transfer mai ridicate performanńe superioare la o putere consumată mai redusă Modulele de memorie DDRn SDRAM nu sunt compatibile cu soclurile pentru modulele DDRn+1 SDRAM - Dar au fost si altele proprietare (nu sunt recunoscute de JEDEC) de ex: EDO, RDRAM - Viteza memoriei : exprimata in nr cicluri sau durata unui ciclu - Viteza procesorului : exprimata in viteza ciclului de ceas sau nr de cicluri pe secunda dar cicluri pe secunda sau secunde pe ciclu, interpretate corect furnizeaza aceeasi informatie Ex: viteza ceasului: 4,77 MHz (mil cicluri pe sec) determina un timp pe ciclu de 210 ns 100 MHz 10 ns 800 MHz 1,25 ns 2000 MHz 0,5 ns 5000 MHz 0,2 ns p 34

35 Memoria si interfata ei in PC Memorii DRAM asincrone (3) DRAM (dynamic RAM) Interleaving (interclasarea) = o forma de crestere a vitezei memoriei, tehnica mai des intalnita in sisteme puternice (servere, statii de lucru) - 2 bancuri separate de memorie se fol impreuna, prin alternarea accesului de la un banc la altul (ca octeti de la adresa para si octeti de la adresa impara) -> cat timp un octet e accesat, celalalt e pregatit (precharged) - astfel, pana primul banc termina furnizarea datelor, celalalt banc termina partea de latenta a ciclului si e pregatit pt furnizarea datelor - pana bancul al II-lea termina furnizarea datelor, I banc e pregatit selectand linia+coloana adresei urmatorului acces - aceasta suprapunere a accesarilor in 2 bancuri reduce efectul latentei, permitand furnizarea mai rapida a datelor - dezavantajul tehnicii: trebuie instalate perechi identice de bancuri de memorie, dubland nr de module necesare Memoria principala e in gen formata dintr-o colectie de chipuri de memorie DRAM - o parte din ele pot forma un grup = banc de memorie - cu ajut unui controler de mem ce suporta interleaving => interclasarea bancurilor p 35

36 Memoria si interfata ei in PC Bancuri de memorie Cipurile de mem DIP, SIPP, SIMM, DIMM organizate in bancuri pe PB si pe placutele de memorie Latimea bancurilor individuale - in functie de tipul PC-ului : Procesor Bus date Latime banc de mem SIMM cu 30 pini per banc SIMM cu 72 pini per banc - DIMM ideale de la sist cu Pentium (si cele ulterioare) au Busul de date pe 64 biti se potriveste cu latimea DIMM de 64 biti => fiecare DIMM reprezinta un banc individual - in sist mai recente se fol perechi sau tripleti de module potrivite ca un sg banc de mem DIMM per banc b 8b , 286 (SLC, SLC2), 16b 16b (SX,SL, SLC) 386 (DX), 486 (SX, DX, DX2, DX4), 586 X86 si X86-64 in mod single channel X86 si X86-64 in mod dual channel X86 si X86-64 in mod triple channel 32b 32b sist ce fol DIMM sau RIMM pot citi caracteristici de viteza si temporizare ale modulelor instalate din circ SPD -> chipsetul PB (mai exact controlerul de mem din el) se va ajusta in raport cu aceste valori 64b 64b b 128b b 192b - 3

37 MEMORIA LA PROCESORUL 8088 F FFFFh Memoria la biti 1 Mega 00001h 00000h Procesorul 8088: BD: pe 8 biti BA: 20 biti => poate accesa 1Mega octet memorie D7 D0

38 ORGANIZAREA MEMORIEI IN PC Fizic, memoria poate fi impartita in 2 blocuri (bancuri) de maxim 512 Ko: Blocul par si Blocul impar Blocul par: - contine doar locatii de memorie cu adrese pare - este conectat la jumat. inferioara a MD: D7-D0 Blocul impar: - contine doar locatii cu adrese impare - este conectat la jumat. superioara a MD: D15-D8 -Liniile de adrese A19-A1 sunt fol pt a selecta cate o locatie de mem, simultan, din ambele blocuri -Transferul intre locatiile selectate si MD se realiz. doar sub controlul liniilor A0 si /BHE 38

39 MEMORIA LA PROCESORUL 8086 Banc High (impar) Banc Low (par) F FFFFh F FFFEh 8biti 8biti 512 Kilo 512 Kilo 00003h 00001h 00002h 00000h Procesorul 8086: BD: pe 16 biti BA: 20 biti => poate accesa 1Mega octet memorie D15 D8 D7 D0

40 MEMORIA LA PROCESOARELE 80286, 80386SX Banc High (impar) Banc Low (par) FF FFFFh FF FFFEh 8biti 8biti 8 Mega 8 Mega h h h h Procesorul 80286, 80386SX: BD: pe 16 biti BA: 24 biti => poate accesa 16Mega octeti memorie D15 D8 D7 D0

41 MEMORIA LA PROCESOARELE 80386SL, 80386SLC Banc High (impar) Banc Low (par) 1FF FFFFh 1FF FFFEh 8biti 8biti 16 Mega 16 Mega h h h h Procesorul 80386SL, 80386SLC: BD: pe 16 biti BA: 25 biti => poate accesa 32Mega octeti memorie D15 D8 D7 D0

42 ORGANIZAREA MEMORIEI IN PC (2) La procesoarele de 32 biti: MD este pe 32 biti exista 4 bancuri de memorie, numerotate 0,1,2,3 si la care se realizeaza acces prin liniile D0-D7, D8-D15, D16-D23 si D24-D31 42

43 MEMORIA LA PROCESOARELE 80386DX, 80486SX, 80486DX Banc 3 Banc 2 Banc 1 Banc 0 FFFF FFFFh FFFF FFFEh FFFF FFFDh FFFF FFFCh 8biti 8biti 8biti 8biti 1 Giga 1 Giga 1 Giga 1 Giga h h h h h h h h D31 D24 D23 D16 Procesorul 80386DX, 80486SX, 80486DX: BD: pe 32 biti BA: 32 biti => poate accesa 32Mega octeti memorie D15 D8 D7 D0

44 MEMORIA LA PROCESOARELE PENTIUM CORE 2 Banc 7 Banc 6 Banc 5 Banc 4 FFFF FFFFh FFFF FFFEh FFFF FFFDh FFFF FFFCh 8biti 8biti 8biti 8biti 512 Mega 512 Mega 512 Mega 512 Mega Fh h D63 D Eh h D55 D Dh h D47 D Ch h D39 D32 Banc 3 Banc 2 Banc 1 Banc 0 FFFF FFFBh FFFF FFFAh FFFF FFF9h FFFF FFF8h 8biti 8biti 8biti 8biti 512 Mega 512 Mega 512 Mega 512 Mega Bh h D31 D Ah h D23 D h h D15 D h h D7 D0

45 Memoria Celula de memorie si unitatea de memorie Celula de memorie - ProprietăŃi: - are 2 stări (semi)stabile utilizate pt a reprezenta valorile binare 0 şi 1 - poate fi înscrisă : setarea stării - poate fi citită : sesizarea stării Schema bloc a unei celule care memorează un bit de informańie: Dacă = 0, se efectuează o citire Dacă = 1, se efectuează o scriere Unitatea de memorie = o matrice de celule de memorie Unitate de memorie de m cuvinte cu n bińi pe cuvânt : m ncelule de memorie In gen: un grup de celule pot fi adresate simultan - pt un cuvânt cu n bińi : trebuie adresate simultan n celule de memorie celulele pot avea o linie de selecńie comună p 45

46 Organizarea memoriilor (1) Organizarea 1D Matricea de memorie: 2 m locańii adresabile Fiecare locańie memorează un cuvânt de w bińi 2 m w celule de memorie Fiecare celulă este conectată la un set de semnale de date, adrese şi de control Pe fiecare linie de date există un driver amplificator de semnal Organizarea 2D Organizarea cea mai utilizată Organizare bidimensională sau linie-coloană Cuvântul de adresă de m bińi este divizat în două părńi: X (m x bińi) şi Y (m y bińi) Matrice rectangulară de N x linii şi N y coloane Avantaje fata de organizarea 1D: - un nr mai redus de circuite de acces decât organizarea 1D - dacă N x = N y = N, nr driverelor de adresă necesare este 2N vs N x N y = N 2 drivere la organizarea 1D - 2 decodificatoare de adresă 1:N (un decodificator 1:N 2 pentru 1D) [Baruch] [Baruch

47 DRAM - > Parametrii memoriilor DRAM (1) Timpul de acces (t A ): timpul între plasarea adresei de linie şi momentul în care cuvântul solicitat apare la ieşire Durata ciclului (t M ): timpul minim între operańiile secvenńiale de citire: t M > t A Timp de preîncărcare RAS (t RP RAS Precharge time): timpul pt rescrierea conńinutului şi activarea semnalului RAS OperaŃii executate la un acces pentru citire: - Procesorul transmite adresa datei - Controlerul de memorie determină adresele de linie şi de coloană ale datei - Controlerul de memorie transmite adresa de linie şi activează semnalul RAS - Decodificatorul adresei de linie selectează linia în care e memorată data sau citeşte linia şi o depune într-un buffer Timpul de acces la linie (t RA Row Access time)=timp de acces (t A ) = timp de acces aleator: = timpul dintre activarea semnalului RAS şi selecńia liniei sau prezenńa datei la ieşirea mem Controlerul de memorie transmite adresa de coloană şi activează semnalul CAS Întârzierea între semnalele RAS şi CAS (t RCD RAS-to-CAS Delay) Timp de acces la coloană (t CA Column Access time): timpul după care va fi dispon data solicitată de la activarea CAS Pentru memoriile sincrone se fol latenńa semnalului CAS (t CL CAS Latency) = un nr întreg de cicluri de ceas - data selectată e transmisă de la ieşirea mem pe magistrala de date Rata de transfer la vârf (peak bandwidth): transferul la rata maximă pt o configurańie a magistralei de memorie Rata de transfer susńinută: Ńine cont de un acces inińial la memorie, urmat de transferul a 4 cuvinte la rata maximă

48 DRAM -> Accesul în mod pagină Dacă la o secvenńă de accese adresa de linie este aceeaşi: se poate transfera adresa de linie o singură dată Se memorează într-un buffer intern o linie de date = pagină => mod pagină => un acces ulterior la aceeaşi pagină: va transfera numai o singura dată adresa de coloană Nu este necesar să se refacă datele din pagină la fiecare acces al unui cuvânt În modul pagină: Semnalul RAS este menńinut activ pe durata unei secvenńe de transferuri Semnalul CAS este comutat în modul normal Durata ciclului în mod pagină (t PC page mode cycle time): pt o mem cu t RA = 60 ns ->o valoare tipică: t PC = 35 ns 4 accese la memorie într-o linie fără modul pagină 4 accese la memorie într-o linie în modul pagină

49 Memoria si interfatarea ei in PC Obiective - prezentarea celor mai importante notiuni legate de memoria din PC Tipuri de memorii: Clasificarea memoriilor dupa: a) Amplasarea memoriei in raport cu unitatea centrala b) Unitatea de transfer c) Metoda de acces d) Tipul memoriei (tehnologia de realizare) e) Caracteristicile fizice f) Capacitatea de stocare g) PerformanŃele circuitului de memorie Ierarhia de memorii din PC Memoria ROM vs memoria RAM Introducere memorii DRAM Introducere memorii SRAM Memorii DRAM memoria principala Memorii SRAM memoria cache 49 p

50 MEMORIA IN PC MEMORII RAM -> SRAM Nivele SRAM (Static RAM) - Cache de nivel 1 (cache L1) in gen e integrata in capsula procesorului => cache L1 va rula la viteza miezului procesorului = cea mai rapida din sistem - a aparut de la procesoarele 486 (ca fiind integrata) (chiar si procesoare SL- au avut controller de cache integrat, insa memoria trebuia furnizata ca fiind inafara cipului ) - Cache de nivel 2 (cache L2) la inceput era externa cipului procesorului - la procesoarele 386, 486 si prima generatie de Pentium -> Cache L2 rula la viteza busului extern procesorului era instalata pe PB - Procesoarele care au urmat lui Pentium Pro au inclus cache L2 ca parte a procesorului - Procesoarele aparute inainte de 1999 (si unele modele mai tarzii) au incorporat cache L2 in capsula procesorului, ca si cache L1, ->separate si externe miezului procesorului (dar in aceeasi capsula) - Cache de nivel 3 (cache L3) a aparut la Pentium 4 Extreme Edition cu 2MB cache L3 pe cip - totusi, variantele ce au urmat de Pentium 4 EE si Pentium EE au renuntat la cache L3 si au crescut capacitatea cache L2 - Cache L3 a revenit in procesoare in 2007 la AMD Phenom si in 2008 la Intel Core i7 (ambele cu 4 miezuri (core) pe capsula) - cache L3 isi dovedeste utilitatea in acest tip de procesoare cu mai multe core, -> fiind partajata de toate core-urile 50 p

51 MEMORIA IN PC MEMORII RAM -> SRAM (2) DX UCP Co pro cesor Cache L1 (8k) La inceput: de dimensiuni de 8Kocteti pt procesorul original 486DX Azi: uzual 128Kocteti sau mai mult

52 MEMORIA IN PC MEMORII RAM -> SRAM (3) Pentium UCP: ALU1 UCP: ALU2 Co pro cesor Cache L1 (16k)-date Cache L1 (16k)- instructiuni - Contine 3 unitati de executie a instructiunilor : 2 intregi (U-pipe,V-pipe) si una VM (FPU)

53 MEMORIA IN PC MEMORII RAM -> SRAM (4) Arhitectura Intel Pentium cache L1 intern: 8KB date cate un modul TLB 8KB instructiuni (Translation Lookaside Buffer) arhitectura superscalara: pipeline pe 2 cai U-pipe cale primara V-pipe cale secundara - blocul BTB (Branch Target Buffer) Predictia salturilor BTB Unitate in virgula mobila (FPU) TLB - coprocesor matem intern FPU p 53 Cache INSTRUCTIUNI (8KB) Buffer pre-fetch Decodificare instructiuni Unitate de comanda ALU U-pipe TLB ALU V-pipe Set de registrii Cache DATE (8KB) Unitate de interfata cu busurile Unitate de paginare 64b BD 32b BA BC

54 MEMORIA IN PC MEMORII RAM -> SRAM (5) Pentium Pro UCP: EU1 UCP: EU2 UCP:EU3 Co pro cesor Cache L1 (16k)-date Cache L1 (16k)- instructiuni Initial, cache L2: 256 kb, in prezent -> 6MB Poate decodifica 3 instructiuni simultan Exista un bloc RS (reservation station) => se pot executa simultan 4 instructiuni Cache L2(256k)

55 MEMORIA IN PC MEMORII RAM -> SRAM (6) Pentium II, Pentium III, (unele) Pentium 4, UCP1 UCP2 UCP3 UCP4 Co pro cesor (unele) Core 2 Cache L1 (16k)-date Cache L1 (16k)- instructiuni - Modificarea majora: cache L2 a fost scoasa din capsula procesorului Cache L2(512k)

56 MEMORIA IN PC MEMORII RAM -> SRAM (7) Ordonatecronologic: Procesor Nr. miezuri Procesor ceas Dimens Reg BD Memorie maxima Cache L1 Cache L2 Cache L3 Viteza cache L2/L x 16b 8b 1MB x 16b 16b 1MB x 16b 16b 16MB (SX,SL) 1 1x 32b 16b 16MB 0KB - - Bus 386 (DX) 1 1x 32b 32b 4GB x/2x 32b 32b 4GB 8KB - - Bus Pentium 1 1x/1,5x 32b 64b 4GB 2x8KB sau 2x16KB - - Bus Pentium Pro 1 2x 32b 64b 64GB 2x8KB 256KB, 512KB, 1MB - Miez Pentium II 1 >2x 32b 64b 64GB 2x16KB 2x16KB 512KB 256KB - - ½ Miez Miez Celeron 1 >2x 32b 64b 64GB 2x16KB 0KB - Miez Celeron III 1 >2x 32b 64b 64GB 2x16KB 128KB, 256KB - Miez Pentium III 1 >2x 32b 64b 64GB 2x16KB 128KB, 256KB - ½ Miez, Miez Celeron 4 1 >2x 32b 64b 64GB 2x16KB 128KB - Miez Pentium 4,4A,4E 1 >2x 32b 64b 64GB >16KB 256KB, 512KB, 1MB - Miez Pentium 4 EE 1 >2x 32b 64b 64GB >16KB 512KB 2MB Miez Celeron D 1 >2x 64b 64b 1TB >16KB 256KB - Miez Pentium D 2 >2x 64b 64b 1TB >32KB 1MB sau 2MB pe miez - Miez Pentium M 1 >2x 32b 64b 64GB >32KB 1MB sau 2MB - Miez

57 MEMORIA IN PC MEMORII RAM -> SRAM (8) Ordonatecronologic(continuare): Procesor Nr. miezuri Procesor ceas Dimens Reg BD Memorie maxima Cache L1 Cache L2 Cache L3 Viteza cache L2/L3 Core Duo 2 >2x 32b 64b 64GB >64KB 1MB pe miez - Miez Core 2 Duo 2 >2x 64b 64b 1TB >64KB 2-4MB sau 3-6MB pe - Miez miez Core 2 Quad 4 >2x 64b 64b 1TB >64KB 4MBsau 2-6 MB pe - Miez miez Core i7 4 >2x 64b 64b 24GB >64KB 256kB pe miez 8MB Miez Core /i5/i7 4 >2x 64b 64b 16GB >64KB 256kB pe miez 8MB Miez Core i3/i5 2 >2x 64b 64b 16GB >64KB 256kB pe miez 4MB Miez Core i7 6 >2x 64b 64b 24GB >64KB 256kB pe miez 12MB Miez Core i7 4 >2x 64b 64b 8-32GB >64KB 256kB pe miez 8MB Miez Core i5 4 >2x 64b 64b 32GB >64KB 256kB pe miez 6MB Miez Core i3/i5 2 >2x 64b 64b 8-32GB >64KB 256kB pe miez 3MB Miez

58 Memoria cache Memoria cache Ce este: o memorie SRAM de viteza ridicata - scop: cresterea vitezei de accesare a informatiei - cum: stocheaza cele mai recent/frecvent utilizate info cat mai aproape de CPU (intr-o memorie cu timp de acces t acces scazut) IN LOC SA O STOCHEZE IN MEM PRINCIPA Desi memoria cache are capacitate mai mica decat mem principala, dar are timp de acces mai mic (o fractiune din timpul meme principale) Mem principala e accesata prin adresa, in timp ce mem cache e accesata prin continut (in mod tipic) => memorie adresabila prin continut => nu e de dorit sa existe o singura memorie cache de capacitate mare=greu de cautat informatia in ea (ca si cum s-ar transforma intr-un mini-ram ) Mai multe blocuri ale memoriei cache pot fi mapate in memoria cache, ele fiind diferentiate prin campul tag (marcaj) Proiectarea unei memorii cache trebuie să răspundă la întrebări de tipul: 1. Care este dimensiunea optimă a unei linii de cache? 2. Cum se regăseşte informaţia conţinută în cache? 3. Care linie se înlocuieşte în cazul în care 58la un transfer memoria cache este plină?

59 Memoria cache -Informatia este pastrata intr-o mem de date sub forma de pagini de dimens reduse = blocuri sau linii -Cont mem de date=copia unui set de blocuri ale mem princ -Fiecare bloc al memoriei cache e marcat (cu un tag) cu adresa de bloc -Cu ajutorul tag-ului: memoria cache poate identifica partea spatiului de mem princ. careia ii apartine blocul din slotul resp. din cache -colectia marcajelor se pastreaza intr-o mem separate, numita de marcaje (director) -=> pt imbunatatirea performantei prin fol memoriei cache, trebuie ca: timpul necesar testarii marcajelor+timpul de acces la memoria cache sa fie < timpul de acces la memoria principala 59

60 -Operatii: Memoria cache Pt mentinerea consistentei cache-ului, exista: - Operatia de supraveghere a liniilor de adrese = snoop (spionare) cache verifica dc datele de transferat sunt continute in ea -Operatia de actualizare (cand cache ia info de pe liniile de date) = snarf (actualizare) Datele pot fi : - dirty data date eronate cand datele sunt modificate in cache, dar nu si in mem de baza - stale data date depasite daca sunt modificate in mem de baza dar nu si in cache 60

61 Memoria cache Cache caracterizat de o arhitectura de citire si o metoda de scriere Arhitectura de citire: 2. Look through: Cache esteintrememde bazasicpu (mem cache vede ciclul de bus inainte) -dacae cache hit-> cache raspundecpu Dacae cache miss -> cache vatransferaciclulde bus catre memsistem+ operatiede snarf -arhitmaicomplexa: trsastiesacomandeaccesulla restulsist 1. Look aside: Se acceseazacache in paralelcu memoriade baza (cele2 vadciclulde bus deodata) Dacae cache hit-> cache vaterminaciclulde bus Dacae cache miss-> memde bazavaterminaciclulde bus + operatiede snarf (actualizarecache) - arhit mai simpla, mai ieftina 61

62 Memoria cache Cache caracterizata de o arhitectura de citire si o metoda de scriere: - write-back - datele sunt scrise numai în cache; evident, ele vor ajunge şi în memoria principală, dar numai la eliminarea lor din cache - write-through - datele sunt scrise atât în memoria principală, cât şi în cache Metoda de scriere: Write-back Cache = ca un buffer (ea receptioneaza datele si incheie ciclul si abia apoi scrie datele in mem de baza - doar cand bus-ul e disponibil) - Toate modificările asupra unui cuvânt sunt efectuate în memoria cache Avantaje: Cuvântul din memoria cache poate fi modificat de mai multe ori Performanta ridicata: UCP poate face altceva intre timp Dezavantaje: Memoria cache şi memoria principală pot fi temporar inconsistente Se complică recuperarea în cazul defectelor de sistem - Dat controlului scrierii in mem de baza -> complexitate si pret crescute Write through CPU scrie atat in mem de baza cat si in cache, ciclul continua pana la scrierea si in memoria de baza (mai lenta) Metoda mai putin complexa -> performante mai scazute Avantaje: Implementare simplă + Mem. principală are întotdeauna date consistente cu mem cache Dezavantaj: Încetineşte UCP Ambele politici sunt larg utilizate, fiecare cu avantaje şi dezavantaje. Politica write-back e mai rapidă, în schimb pune probleme majore în sistemele multiprocesor, deoarece o modificare făcută în cache-ul unui procesor nu ar putea fi cunoscută de celelalte procesoare. În acest caz sunt necesare protocoale hardware complexe, prin care fiecare cache "ascultă" în permanenńă magistrala comună, pentru 62a detecta modificările făcute de celelalte procesoare.

63 Strategii de înlocuire Dacă nu mai există spańiu în memoria cache, trebuie să se înlocuiască un bloc dintr-unul din sloturile cache-ului cu un bloc nou Înlocuire aleatoare Alege un bloc în mod aleator şi înlocuieşte blocul cu data nou accesată Avantaj: implementare simplă Dezavantaj: blocurile cu probabilitatea maximă de a fi utilizate din nou au aceeaşi şansă de a fi eliminate ca şi blocurile care nu vor fi utilizate din nou Cel mai puńin frecvent utilizat (LFU Least Frequently Used) Pentru fiecare bloc, se păstrează un contor al numărului total de utilizări Avantaj: un bloc utilizat frecvent are o probabilitate mai mare de a rămâne în memoria cache Dezavantaj: blocurile care au fost încărcate recent au o valoare mică a contorului Cel mai puńin recent utilizat (LRU Least Recently Used) Un bloc care nu a fost utilizat pt o perioadă lungă de timp are o şansă mai redusă de a fi fol în viitorul apropiat Se păstrează evidenńa acelor blocuri care au fost accesate cel mai recent contor Are performanńa cea mai bună raportată la cost comparativ cu celelalte metode

64 Organizarea memoriei cache Cuvintele de memorie: păstrate într-o memorie de date Sunt grupate în pagini blocuri sau linii Fiecare bloc al memoriei cache este marcat cu adresa sa de bloc marcaj ( tag ) ColecŃia adreselor de marcaj asignate momentan memoriei cache: păstrată într-o memorie de marcaje Structura de bază a unei memorii cache [Baruch]

65 Funcţionarea memoriei cache Atunci când UCP generează o cerere de citire: Cererea este trimisă la memoria cache Dacă cuvântul nu este găsit în memoria cache: cuvântul solicitat este furnizat de memoria principală Dacă cuvântul este găsit în memoria cache: nu este necesar accesul la memoria principală ExecuŃia unei operańii de citire [Baruch]

66 FUNCłIONAREA MEMORIEI CACHE (2) Atunci când UCP generează o cerere de scriere: Cererea este trimisă la memoria cache Dacă cuvântul nu este găsit în memoria cache: (1) se încarcă o copie a blocului în care se află cuvântul din memoria principală în memoria cache (2) Se execută o operańie de scriere Dacă cuvântul este găsit în memoria cache: se execută o operańie de scriere ExecuŃia unei operańii de scriere [Baruch]

67 Memoria cache vs virtuala Memoria cache Ce este: o memorie SRAM de viteza ridicata, pozitionata logic intre registrele CPU si mem principala (este transparenta programatorului), de capacitate mica - scop: cresterea vitezei de accesare a informatiei - cum: stocheaza cele mai recent utilizate info cat mai aproape de CPU (intr-o memorie cu timp de acces t acces scazut) - unde anume sunt stocate datele in cache (organizarea)=(mapare directa, full asociativa, ) Este transparenta (invizibila) pentru instructiunile limbajelor de asamblare pastreaza copii ale locatiilor din memoria interna structurata pe blocuri (linii cache) Memoria virtuala: Ce este: o extensie a memoriei interne peste memoria externa Scop: cresterea disponibilitatii spatiului de adrese a unui proces prin fol. HDD ca o extensie a mem RAM Organizare: paginare, segmentare, paginare + segmentare (TLB met de imbuntatire a perform sistemelor cu paginare) Adresele virtuale generate în timpul compilării şi translatate în adrese fizice ; Translatarea poate fi efectuată: in timpul compilării (compilator), la încărcarea programului pentru execuńie (program încărcător) sau in timpul execuńiei programului (unitate de gestiune a memoriei MMU Memory Management Unit) Masurarea performantei memoriei: timpul efectiv de acces la info. Permite multiprogramarea, Memoria principală este partajată între mai multe programe sau utilizatori memorie structurata pe pagini sau/si segmente, controlul memoriei virtuale - numai in regim supervizat67 (modul protejat)

68 PROIECTAREA LOGICA A SISTEMELOR In PC original: - 1MB de mem adresabila: 384KB superiori rezervati pt sist (intre 640KB si 1024KB) = bariera mem conventionale (din cauza ca nu au plasat-o in partea inferioara intre adr 0 si 384KB) intotd i-a pus in dificultate pe producatorii de periferice - fol procesor 8088 putea rula doar cod pe 16 biti mod real - avea 20 linii adresa (suficiente) pt a adresa acest spatiu de 1MB - procesorul 286 are m multe linii -> permite adresarea pana la 16 MB de RAM + un mod de lucru nou: protejat => din cei 16MB de mem se puteau fol: primii 640 KB si ultimii 15MB, dar nu si zona dintre ele = 384KB (zona rezervata) - in 1985 primul procesor pe 32 biti - 386DX - au aparut 32 linii de adresa => 4GB de mem posibil de accesat in modul protejat pe 32 biti putea rula instructiuni pe 32 biti AMD I procesor x86 64 (Intel in 2004) + un mod pe 64 biti ( x64 ) => procesoarele pe 64 biti pot rula in 3 moduri diferite, fiecare cu arhitecturi de memorie diferite - pt a asigura compatibilitatea cu procesoarele anterioare: procesoarele pe 64 biti pot rula in modurile pe 64 biti, pe 32 biti, pe 16 biti procesoarele pe 32 biti pot rula in modurile pe 32 biti sau 16 biti Ex: un procesor pe 64 biti cu ruleaza in modul pe 32biti poate accesa doar 4 GB de RAM iar un procesor pe 32 biti ce ruleaza in modul pe 16 biti poate accesa doar 1 MB de RAM A N C A A P Ă T E A N - A C E P - U T C N

69 PROIECTAREA LOGICA A SISTEMELOR (2) - toate procesoarele Intel incep operarea in modul real pe 16 biti la pornirea sistemului (la alimentare) S.O. este cel care va realiza comutarea inspre un mod protejat pe 32 biti sau pe 64 biti - cand se fol un S.O. pe 32 biti, UCP comuta intr-un mod protejat pe 32 biti in secv de incarcare si apoi incarca driverele pt hdw pe 32 biti si restul S.O. - cand se fol un S.O. pe 64 biti, UCP comuta in modul protejat pe 64 biti in procesul de bootare si apoi incarca driverele pt hdw pe 64 biti si restul S.O. - editia pe 32 biti a S.O. Windows suporta 4 GB de mem RAM: sist fol o parte sau chiar tot 1GB pt: BIOS, resurse PB, maparea dispoz I/O, spatiu de config PCI, dispoz de mem, mem VGA,... ; => daca in sist exista 4GB de RAM : spatiul dintre 3GB si 4GB se numeste limita de 3GB si e echivalenta cu zona de 384 KB de la sistemele pe 16 biti; deci limita e echivalenta cu limita de 640KB ( bariera de 640KB ) de la sist pe 16 biti A N C A A P Ă T E A N - A C E P - U T C N

70 Moduri de adresare a memoriei Toate procesoarele (compatibile) Intel, de la 386 in sus au mai multe moduri procesor - se refera la medii de operare - afecteaza instructiunile - controleaza modul cum este vazuta(si gestionata) memoria sistemului de catre procesor Mod Submod S.O. necesar Software Dimensiunea memoriei la adresare Dimensiunea operandului Dimensiunea registrilor Real - 16b 16b 24b 16b 16b IA-32 Protejat 32b 32b 32b 32b 32b/16b Virtual real 32b 16b 24b 16b 16b IA-32e 64 biti 64b 64b 64b 32b 64b compatibilitate 64b 32b 32b 32b 32b/16b IA-32e (modul de extensie pe 64 biti) se mai numeste x64, AMD64, x86-64, EM64T 70

71 Moduri de adresare a memoriei (2) Modul real modul (de lucru) 8086: organizare pe 16 biti : bazat pe procesoarele 8086 si 8088 poate executa doar instructiuni pe 16 biti folosind registrii interni pe 16 biti spatiu maxim de memorie adresabila cu 20 biti: 1 Mo resursele hardware sunt direct accesibile programului utilizator 286 este compatibil cu 8088 original si poate rula software pe 16 biti exact ca 8088, dar la viteza mai ridicata Software single-tasking : doar un singur program poate rula la un moment dat nu exista protectie la suprascriere (adresarea segmentata) Modul protejat: - mecanisme complexe de protectie a memoriei la suprascriere de la primul procesor pe 32 biti executa instructiuni pe 32 biti -> S.O. (Windows XP) si aplicatii pe 32 biti spatiu de adresare maxim: 4Gocteti adrese pe 32 biti asigura un management mai bun al memoriei backward-compatible cu modul real =>stie sa execute si pe 16 biti Modul Virtual 8086 = virtual real simularea executiei modului real (pe 16 biti) in modul protejat (mediu pe 32 biti) exemplu: o fereastra DOS prompt in Windows = s-a creat o sesiune de mod real virtual 71

72 Moduri de adresare a memoriei (3) Modul long : modul natural de lucru al procesoarelor pe 64 biti (este o imbunatatire a arhit IA-32 dezv de AMD si adoptata ulterior de Intel) organizare pe 64 biti (registre, memorie) primul procesor pe 64 b: Athlon 64 (AMD), Pentium 4(Intel) spatiu fizic de adresare: 1Toctet adresa pe 40 biti spatiu virtual de adresare: 256 Tocteti adresa pe 48 biti 2 submoduri => aplicatii pe 64-biti ce ruleaza in modul pe 64 biti pot fi executate simultan cu aplicatii pe 32 biti ruland in modul compatibilitate necesar: S.O. pe 64 biti si drivere pe 64 biti pt toate dispoz hdw Microsoft -> versiune pe 64-biti pt Windows XP, dar putine companii furnizasera drivere pt XP pe 64 biti abia de la Windows Vista si (mai ales) Windows 7 au aparut versiuni x64 si drivere pe 64 biti 72

73 Memoria in PC Memoria Memoria cache viteza de lucru a procesoarelor de uz general a crescut continuu în ultimii ani (ordinul GHz), viteza dispozitivelor de memorie fol în cadrul memoriei principale nu a crescut în aceeaşi măsură, => în multe SC se fol un nivel intermediar (ca pozitie, viteza, capacitate - raportate la UCP) de memorie numită memorie "cache" - are doar rol de memorie temporară = un tampon de viteză mare (viteza mai mare decat a memoriei principale, dar capacitate mai mica) între registrele interne ale UCP şi locańiile memoriei principale. - conńine în permanenńă doar copii (din mem principală) ale zonelor de program şi date active la un mom. dat - este transparentă programatorului /utilizatorului (nu este vazută efectiv, pentru că nu există adrese separate pentru cache şi pentru memoria principală). - exista 2 sau 3 nivele intermediare de cache (cache L1, cache L2, cache L3), cel mai apropiat de UCP (L1) fiind mai mic şi mai rapid -> încastrat în aceeasi capsula (C.I.) cu UCP.

74 Memoria in PC Memoria (2) Memoria cache (2) - o informatie ceruta de UCP prima data e cautata in cache si abia daca nu e gasita aici, se cauta in mem principala si deci automat ajunge si in cache = proces care dureaza mai mult, dar per ansamblu are avantaje mai mari - principiul: aducerea informatiei din memoria principala inainte ca procesorul sa aiba nevoie de ea -> in gen. in practica predictie cu succes in 90-95% din cazuri (cercetatorii au studiat comportamentul referintelor in programe si au descoperit principiul localitatii ) - primele procesoare un singur tip de memorie cache, atat pt date cat si pt program - procesoarele actuale folosesc memorii cache separate pt date si pt instructiuni + busuri separate specifice = arhitectura Harvard De ce memoria cache are t acces mai mic decat memoria principala? - are capacitate m mica, deci e mai usor de localizat informatia in ea - e mai aproape (logic si fizic) de UCP - foloseste tehnologie mai buna, fiind mai scumpa (cost/bit m mare)

75 Memoria in PC Memoria (3) Memoria cache (3) Fara cache Cu cache Fara cache: Ceasul procesorului la 400 MHz, dar comunica la 66 MHz cu mem principala, ce suporta o viteza mai mica (la 10MHz) - comunicare ineficienta => vor fi necesare cateva cicluri de bus pt sincronizarea UCP cu busul + procesorul va trebui sa astepte cateva cicluri bune de ceas pana memoria ii poate furniza informatia ceruta Cu cache: - e posibil ca informatia ceruta sa existe in cache => timp de asteptare 0

76 Memoria in PC Memoria (4) Memoria virtuala: = un ansamblu de tehnici (software) şi mecanisme (hardware) folosit pentru a mări capacitatea aparentă a memoriei principale RAM. Într-un sistem ierarhic de memorie: - programele şi datele sunt mai întâi stocate în memoria auxiliară. - porńiuni din programe sau date sunt aduse în memoria principală pe măsură ce ele sunt necesare UCP. - numărul de bińi ai adresei ce rezultă prin execuńia unei instrucńiuni, depăşeşte ca posibilităńi de adresare, capacitatea memoriei principale, instalată fizic. => din programul stocat în memoria externă vor fi aduse în memoria principală numai zonele active la un moment dat - acest proces (de transfer între memoria externă ex. disc magnetic şi memoria principală) este transparent pt utilizator, el desfăşurându-se automat, sub controlul S.O. Memoria virtuala creeaza programatorului iluzia unei memorii de dimeniuni mai mari decat este fizic disponibila sistemului