Память с последовательным доступом

Память с последовательным доступом строится либо с использованием продвижения данных в цепочке элементов (по подобию с регистрами сдвига). либо с хранением данных в адресном ЗУ при необходимом управлении адресом доступа.

Основными представителями этого вида памяти являются видеопамять, буфер FIFO и стек (буфер LIFO).

Видеопамять

Буфер FIFO

Буфер FIFO, пример структуры которого приведен на следующем, представляет собою ЗУ для хранения очередей данных (списков) с порядком выборки слов, таким же, что и порядок их поступления. Интервалы между словами могут быть совершенно различными, т.к. моменты записи слова в буфер и считывания из него задаются внешними сигналами управления независимо друг от друга.

Возможность иметь разный темп приема и выдачи слов необходима, например, если приемник способен принимать данные, поступающие регулярно некоторой частотой, а источник информации выдает слова в более быстром темпе и, может быть, к тому же не регулярно. Такие данные поступают в их темпе в буфер FIFO, а из него считываются регулярно с необходимой для приемника данных частотой. Новое слово ставится в конец очереди, считывание осуществляется с начала очереди.

В схеме (см. рисунок выше) перед началом работы оба счетчика адресов CTR₁, и CTR₂ сбрасываются. При записи адреса увеличиваются на единицу при каждом обращении, т.е. возрастают, начиная с нулевого. То же происходит при чтении слов, так что адрес чтения всегда "гонится" за адресом записи. Если адреса сравняются при чтении, то буфер пуст. Если адреса сравняются при записи, то буфер полон (адресами занята вся емкость счетчика). Эти ситуации отмечаются соответствующими сигналами. Если буфер полон, то нужно прекратить прием данных, а если пуст, то нужно прекратить чтение. Очередь удлиняется или укорачивается в зависимости от разности чисел записанных и считанных слов. Переход через нуль осложнений не вызывает. Задачу построения стека можно решить принципиально аналогичным способом. Эта задача встречается в дальнейшем изложении при рассмотрении структуры микропроцессора.

Кэш-память

Кэш-память запоминает копии информации, передаваемой между устройствами (прежде всего между процессором и основной памятью). Она имеет небольшую емкость в сравнении с основной памятью и более высокое быстродействие (реализуется на триггерных элементах памяти).

При чтении данных сначала выполняется обращение к кэш-памяти (см. следующий рисунок). Если в кэше имеется копия данных адресованной ячейки основной памяти, то кэш вырабатывает сигнал Hit (попадание) и выдает данные на общую шину данных. В противном случае сигнал Hit не вырабатывается и выполняется чтение из основной памяти и одновременное помещение считанных данных в кэш.

Эффективность кэширования обуславливается тем, что большинство прикладных программ удовлетворяют принципу локальности или, иначе говоря, имеют гнездовой характер обращений, при котором адреса последовательных обращений к памяти образуют, как правило, компактную группу. Поэтому после первого обращения к относительно медленной основной памяти повторные обращения (уже к кэшу) требуют меньше времени; К тому же при использовании процессором кэш-памяти основная память освобождается, и могут выполняться регенерация данных в динамическом ЗУ или использование памяти другими устройствами.

Объем кэш-памяти много меньше емкости основной памяти и любая единица информации, помещаемая в кэш, должна сопровождаться дополнительными данными (тегом), определяющими, копией содержания какой ячейки основной памяти она является.