10.1.1. Різниця між: продуктивністю процесора та пам'яті

Одним із вузьких місць комп'ютерів з архітектурою Джона фон Неймана є розрив в продуктивності процесора та пам'яті, причому цей розрив неухильно збільшується. Так, продуктивність процесора зростає вдвічі приблизно кожні 1,5 роки. В табл. 10.1 наведено ріст з роками тактової частоти роботи процесора на прикладі процесорів фірми Intel.

Таблиця 10.1

358

Разом з тим, для пам'яті приріст швидкодії не є таким високим, як у процесорів. В табл. 10.2 наведено зміну з роками ціни зберігання одного МБ інформації, часу досту­пу до статичної (SRAM) і динамічної (DRAM) напівпровідникової пам'яті та дискової пам'яті, а також ємність основної та зовнішньої дискової пам'яті.

Виходячи з наведених даних в табл. 10.1 та табл. 10.2, на рис. 10.2 показана зміна з ро­ками часу доступу до статичної Т_SRAM та динамічної T_DRAM напівпровідникової та диско­вої T_DISK пам'яті, а також тактової частоти роботи процесора T_cpu. Як видно з наведеного рисунку, існує значна різниця між тактовою частотою процесора і часом доступу до ди­намічної пам'яті. Причому з роками розрив у значеннях часових характеристик між про­цесором і динамічною напівпровідниковою пам'яттю та дисковою пам'яттю зростає.

Особливо важливим з точки зору архітектури комп'ютера є те, що зростає розрив між тактовою частотою процесора і часом доступу до динамічної напівпровідникової пам'яті DRAM,на основі якої будується основна пам'ять комп'ютера. Адже якраз між цими двома вузлами комп'ютера здійснюється основна частка обмінів інформацією. В той час, коли продуктивність процесора зростає щороку на 60 % (подвоєння за

359

1,5 року), ріст продуктивності динамічної напівпровідникової пам'яті не перевищує 9 % в рік (подвоєння за 10 років). Це виражається в збільшенні розриву в продуктивності між процесором і динамічною напівпровідниковою пам'яттю на 50 % в рік (рис. 10.3).

Разом з тим, з рис. 10.2 видно, що розрив з роками між продуктивністю процесора і статичної напівпровідникової пам'яті є незначним. Виглядає доцільним побудова осно­вної пам'яті комп'ютера на базі статичної напівпровідникової пам'яті. Однак це не так, оскільки, як видно з табл. 10.2, зберігання 1МБ інформації в такій пам'яті є приблизно в 100 разів дорожчим, аніж в динамічній напівпровідниковій пам'яті. Тому був знайде­ний наступний вихід з цієї ситуації - включення між основною пам'яттю комп'ютера і процесором додаткової швидкої пам'яті малої ємності, побудованої на основі статичної напівпровідникової пам'яті.

Іще більший розрив існує між продуктивністю зовнішньої дискової і динамічної на­півпровідникової пам'яті. Однак, як видно з табл. 10.2, вартість зберігання 1МБ інфор­мації в дисковій пам'яті приблизно в 20 разів менша, ніж в динамічній напівпровідни­ковій пам'яті. Крім того, вона забезпечує зберігання значно більших об'ємів інформації. Тому і тут виникає потреба пошуку механізму, який би забезпечив прискорення обміну між основною і зовнішньою пам'яттю.