» נושאי לימוד
» נושאי לימוד
יום חמישי 28 במרץ 2024
מיקסום הביצועים
דף ראשי  איך פועל זיכרון?  מיקסום הביצועים גרסה להדפסה

מיקסום הביצועים

 

מהירויות של מעבד המחשב גדלו במהירות במשך כמה השנים האחרונות. הגדלת המהירות של המעבד מגדילה את הביצוע הכולל של המחשב. אף על פי כן, המעבד הוא רק חלק אחד של המחשב, ועדיין נסמך על רכיבים אחרים במערכת כדי להשלים פונקציות. מכיוון שכל המידע שהמעבד המרכזי יעבד חייב להיכתב אל או להיקרא מהזיכרון, הביצוע הכולל של המערכת מושפע באופן דרמטי מכמה מהר מידע יוכל לעבור בין המעבד המרכזי והזיכרון העיקרי.

אי לכך ובהתאם לזאת, טכנולוגיות מהירות יותר של זיכרון תורמות חלק גדול לביצוע הכולל של המערכת, אבל הגדלת מהירות הזיכרון עצמו היא רק חלק מהפתרון. הזמן שלוקח למידע לעבור בין הזיכרון והמעבד בדרך כלל ארוך יותר מהזמן שלוקח למעבד לבצע את הפונקציות שלו. הטכנולוגיות וההמצאות שמתוארות בחלק הזה עוצבו על מנת להאיץ את תהליך התקשורת בין הזיכרון והמעבד.

 

 

זיכרון מטמון

זיכרון המטמון הוא כמות קטנה יחסית ( בדרך כלל פחות מ1 מגה בית) של זיכרון מהירות גבוהה שנמצא מאוד קרוב למעבד המרכזי. זיכרון המטמון מעוצב לספק  למעבד המרכזי את הנתונים שמבוקשים לעתים קרובות והוראות. מכיוון שהשגת נתונים מזיכרון המטמון לוקח חלקיק מהזמן שלוקח לגשת לזה בזיכרון העיקרי, זיכרון מטמון יכול לחסוך הרבה זמן. אם המידע לא נמצא בזיכרון המטמון, עדיין צריך לקחת אותו  מהזיכרון העיקרי, אבל בדיקת זיכרון המטמון לוקחת כל כך מעט זמן, שזה שווה. זה מקביל לבדיקת האוכל במקרר שלך לפני שאתה רץ לחנות להשיג אותו: כנראה שמה שאתה צריך שם; אם לא, זה לקח רק רגע קטן לבדוק.

 

זיכרון מטמון חיצוני:

 

התפיסה מאחורי זיכרון המטמון היא כלל ה "80/20", שמבטא שמכל התוכניות, מידע ונתונים במחשב שלך, בערך 20%  מנוצל בערך 80%  מהזמן. (20% אלו של נתונים כוללים אולי את הקוד שדרוש לשליחת או מחיקת דואר אלקטרוני, שמירת קובץ לכונן הקשיח שלך, או פשוט לזהות באיזה מקש נגעת על המקלדת שלך). מאידך, ה 80% הנותרים של הנתונים במערכת שלך מנוצלים בערך 20% מהזמן. זיכרון המטמון מתקבל על הדעת מכיוון שיש סיכוי טוב שהנתונים וההוראות שהמעבד המרכזי משתמש בהם עכשיו יידרשו שוב.

 

 

כיצד פועל זיכרון מטמון

זיכרון מטמון הוא כמו "רשימה חמה" של הוראות שנדרשו על ידי המעבד המרכזי. בקר הזיכרון שומר בזיכרון המטמון כל הוראה שהמעבד המרכזי מבקש; כל פעם שהמעבד המרכזי מקבל הוראה שהוא צריך מזיכרון המטמון - נקרא "מכת מטמון" – הוראה זו זזה לחלק העליון של ה"רשימה חמה". כאשר זיכרון המטמון מלא והמעבד המרכזי קורא להוראה חדשה, המערכת כותבת את הנתונים בזיכרון המטמון על  הנתונים שלא באו לידי שימוש בתקופה הכי ארוכה. בצורה זו, המידע בעל סדר העדיפות הגבוה שמנוצל באופן רצוף נשאר בזיכרון המטמון, בזמן שהמידע שמנוצל לעתים רחוקות יותר נושר.

 

 

רמות של זיכרון מטמון

היום, רוב זיכרון המטמון נכלל בתוך שבב המעבד עצמו; אף על פי כן, קונפיגורציות אחרות אפשריות. במקרים מסוימים, מערכת יכולה להיות בעלת זיכרון מטמון ממוקם בתוך המעבד, מחוץ למעבד על לוח האם ו/או בעלת שקע של זיכרון מטמון ליד המעבד המרכזי, שיכול להכיל מודול של זיכרון מטמון.

 

זיכרון מטמון שנמצא בתוך המעבד: (שימו לב לגודל המזערי המומחש על ידי המטבע...)

 

ללא תלות בתצורה, לכל רכיב של זיכרון מטמון מוקצית "רמה" לפי הקרבה שלו למעבד. למשל, זיכרון המטמון שהכי קרוב למעבד נקרא זיכרון מטמון רמה 1 (L1), הרמה הבאה של זיכרון המטמון ממוספר רמה 2 (L2), רמה 3 (L3) וכן הלאה. לעיתים קרובות יש למחשבים סוגים אחרים של מטמונים בנוסף לזיכרון המטמון. למשל, לפעמים המערכת משתמשת בזיכרון עיקרי כזיכרון מטמון לכונן הקשיח. חשוב ציין שהמונח מטמון יכול להתייחס מפורשות לזיכרון, אך גם לטכנולוגיות אחרות של אחסון.

 

זה יכול לקחת 195 ננו שניות לזיכרון העיקרי כדי לענות על בקשת זיכרון מה CPU. זיכרון מטמון חיצוני יכול לענות על בקשה כזו בפחות מ 45 ננו שניות.

 

הזיכרון העיקרי

 

 

 

 

CPU עם זיכרון מטמון פנימי 16KB (L1) 

זיכרון מטמון (L2) חיצוני 256 KB

 

 

סידור כרטיס המערכת

כפי שהבנת, הנחת מודולי הזיכרון על כרטיס המערכת היא בעלת השפעה ישירה על הביצוע של המערכת. מכיוון שזיכרון מקומי חייב להחזיק את כל המידע שהמעבד המרכזי צריך לעבד, המהירות שבה הנתונים יכולים לעבור בין הזיכרון והמעבד המרכזי היא קריטית לביצוע הכולל של המערכת, ומכיוון שחילופי המידע בין המעבד המרכזי והזיכרון הם כל כך מורכבים מבחינת התזמון, המרחק בין המעבד והזיכרון נעשה גורם קריטי נוסף לביצוע.

 

 

 שילוב דפים (Interleaving)

המונח שילוב דפים מתייחס לתהליך שבו המעבד המרכזי מחליף תקשורת בין שניים או יותר שקעי זיכרון. טכנולוגית שילוב הדפים בדרך כלל משומשת במערכות גדולות יותר כמו שרתים ותחנות עבודה. כיצד זה עובד: כל פעם שהמעבד המרכזי פונה לשקע זיכרון, השקע זקוק למשהו כמו מחזור אחד של שעון כדי "לאפס" את עצמו.

 המעבד המרכזי יכול לחסוך זמן עיבוד על ידי הפניה לשקע שני בזמן שהשקע הראשון מתאפס. שילוב דפים יכול גם לתפקד בתוך שבבי הזיכרון עצמם כדי לשפר את הביצוע. למשל, תאי הזיכרון בתוך שבב ה SDRAM נחלקים לתוך שני שקעים עצמאיים של תאים, שיכולים להיות מופעלים בו זמנית.

שילוב דפים בין שני שקעי התאים מייצר זרם נמשך של נתונים, שמקצר את אורך מחזור הזיכרון ונותן תוצאה של קצבי העברה יותר מהירים.

 

 

פרצים

פרצים הם טכנולוגיה נוספת לחיסכון זמן. מטרת הפרצים זה לספק למעבד המרכזי נתונים נוספים מהזיכרון על סמך הסבירות שזה יידרש.

לפיכך, במקום שהמעבד המרכזי יאחזר מידע מהזיכרון בקצב של חתיכה אחת כל פעם, הוא תופס גוש של מידע מכמה כתובות רצופות בזיכרון. זה חוסך זמן כי ישנה סבירות סטטיסטית גבוהה שכתובת הנתונים הבאה שהמעבד יבקש תהיה עוקבת לקודמתה. בצורה זו, המעבד המרכזי משיג את ההוראות שהוא צריך בלי הצורך לשלוח בקשה נפרדת לכל אחת. פרצים יכולים לעבוד עם הרבה סוגים שונים של זיכרון ויכולים לתפקד כאשר קוראים או כותבים נתונים.

 

 

חפיפה

חפיפה היא טכניקה לעיבוד המחשב שבה משימה נחלקת לסדרה של שלבים כאשר חלק מהעבודה הסתיימה בכל שלב. דרך החלוקה של משימה גדולה לתוך משימות קטנות יותר וחופפות, חפיפה משמשת לשיפור הביצועים מעבר למה שאפשרי עם עיבוד ללא חפיפה. כאשר הזרם דרך צינור עיבוד הנתונים מתחיל, קצב ביצוע ההוראות הוא גבוה, למרות מספר השלבים דרכם הן מתקדמות.

 

 28-03-04 / 21:19  עודכן ,  21-12-03 / 23:26  נוצר ע"י תמר הרפז  בתאריך 
 איך פועל הזיכרון עם המעבד - הקודםהבא - כמויות זיכרון 
תגובות הקוראים    תגובות  -  0
דרכונט
מהי מערכת הדרכונט?
אינך מחובר, להתחברות:
דוא"ל
ססמא
נושאי לימוד
חיפוש  |  לא פועל
משלנו  |  לא פועל
גולשים מקוונים: 4