Памет. Организация и управление на основната памет и кеш паметта

1.3. Памет. Организация и управление на основната памет и кеш паметта
1. Вертикална (йерархична) организация на паметта. Същност на вертикалната организация
Идеалната структурна организация на паметта е очевидно тази, която е на едно ниво, т.е. процесорът чете и записва данни и команди само от една единствена памет. Такава организация се нарича ”плосък” модел на паметта. Това не е възможно поради следните причини:
• Един бит бърза памет е по скъпа от един бит бавна памет.
• Колкото е по-голям обемът на паметта, толкова по-голямо време е необходимо за достъп до данните, които са запомнени на произволни адреси (при една и съща технология на производство).
Ето защо в почти всички съвременни компютри паметта е структурирана йерархично. Принципът заложен в тази йерархична структура е следния: най-близо до процесора се намира най-бързата, но с малък обем памет, а най-голямата по обем, но и с най-голямо време за достъп памет се намира най-отдалечено от процесора – фиг.1:
Фиг.1. Структура на паметта

2. Регистрова памет
Регистровата памет, като върхов структурен елемент в йерархията на запомнящата система (), се реализира върху кристалната подложка на процесора, т.е. говорим, че тя е изпълнена в елементната база на процесора. Регистрите, които са свързани със структурата и с обслужването на АЛУ, обикновено имат размерите на разрядната мрежа. Наборът от регистри с общо предназначение може да бъде организиран като запомнящо устройство с произволен достъп. Съществуват реализации, в които наборът от такива регистри е организиран като запомнящо устройство с последователен достъп (например в АЛУ за работа с плаваща запетая). Обемът на отделните набори регистрова памет е малък, най-често в пределите максимум до 128 клетки за тези с общо предназначение или в обем, определен според функционалното предназначение и вида на устройството в чиято структура се намират.
Поради малкият обем на регистровата памет, достъпът до нейните клетки се осъществява с къс адрес - 4, 5 бита. Това води до намаляване на дължината на машинните инструкции, адресиращи тези клетки, а от там и до намаляване на обема на програмите. Регистровата памет осигурява на операционните и на функционалните устройства възможно най-бързия достъп до необходимите им данни. От една страна това се дължи на непосредствената близост, т.е. на късите логически връзки, а от друга страна на еднотактните микрооперации четене и запис. В резултат на всичко това се получава допълнителен ефект, изразяващ се в повишаване на скоростта на изчислителния процес.
Регистрите с общо (или специално) предназначение се използват от програмиста най-често за временно