МОДУЛЬ ПАМЯТИ С СИСТЕМОЙ КЭШИРОВАНИЯ

Полезная модель относится к вычислительной технике и может быть использована в устройствах оперативной памяти компьютеров, выполненных на основе долговременных запоминающих устройств типа флэш-памяти.
Известно устройство, содержащее блок бесперебойного питания, выполненные в виде отдельных модулей и имеющие собственный центральный процессор и оперативное запоминающее устройство вычислительные узлы, коммуникационную среду на базе сетевого стандарта Gigabit Ethernet и сетевого протокола IP, интерфейсы для подключения устройств мониторинга и управления, интерфейсы для ввода и вывода информации, причем, коммуникационная среда представляет собой сетевые адаптеры, установленные в каждом из вычислительных узлов и обеспечивающие непосредственное соединение при помощи соединительных кабелей каждого из узлов со всеми остальными узлами, маршрутизация передаваемых коммуникационной средой пакетов при этом осуществляется каждым из узлов самостоятельно согласно таблице маршрутизации [RU 57933, U1, G06F 15/16, 27.10.2006].
Недостатком устройства является его относительно низкое быстродействие, поскольку в нем отсутствует, в частности, возможность совмещения функции хранения информации и оперативного доступа к ней непосредственно в оперативной памяти.
Известно также устройство, содержащее блок управления прохождением запросов, два входных коммутатора, блок управления первым блоком оперативной памяти, три выходных коммутатора, блок буферных регистров, блок обнаружения и исправления ошибок и коммутатор ввода-вывода [RU 2060538, C1, G06F 12/08, 20.05.1996].
Недостатком устройства является его относительно низкое быстродействие, поскольку в нем отсутствует, в частности, возможность совмещения функции хранения информации и оперативного доступа к ней непосредственно в оперативной памяти.
Еще одно известное устройство содержит блок начальной загрузки, регистр-счетчик адреса и N арифметико-логических устройств на однородной вычислительной структуре, которые вместе с первым арифметико-логическим устройством на однородной вычислительной структуре объединены в матрицу арифметико-логических устройств на однородной вычислительной структуре, причем, каждое арифметико-логическое устройство на однородной вычислительной структуре матрицы арифметико-логических устройств на однородной вычислительной структуре связано входами и выходами с соседними арифметико-логическими устройствами на однородной вычислительной структуре или с соответствующими входами и выходами матрицы арифметико-логических устройств на однородной вычислительной структуре [RU 2110089, С1, G06F 15/00, 27.04.1998].
Это устройство также обладает относительно низким быстродействием, поскольку и в нем отсутствует возможность, в частности, совмещения функции хранения информации и оперативного доступа к ней непосредственно в оперативной памяти.
Наиболее близким по технической сущности к предложенному является устройство, содержащее флэш-память, которая разделена на отдельно записываемые страницы, оперативную память, отдельную энергонезависимую память для хранения главной таблицы записи, указывающей действительные страницы и по меньшей мере одну свободную страницу во флэш-памяти, при этом, действительная страница флэш-памяти содержит информацию, подлежащую использованию, а свободная страница не содержит такой информации, средство для копирования страницы флэш-
памяти в виде образа страницы в оперативную память и обновления этого образа страницы, средство для записи обновленного образа страницы назад во флэш-память на свободную страницу, указываемую главной таблицей записи, и средство для обновления главной таблицы записи в энергонезависимой памяти так, чтобы указать упомянутую страницу во флэш-памяти, которая копировалась в оперативную память, как свободную страницу, после обновления страницы во флэш-памяти, выполненного путем упомянутой записи обновленного образа страницы назад во флэш-память [RU 2182375, С2, G06F 12/00, 10.05.2002].
Недостатком наиболее близкого технического решения является его относительно низкое быстродействие, обусловленное тем, что, в частности, отсутствует возможность совмещения функции хранения информации и оперативного доступа к ней, например, непосредственно в оперативной памяти.
Требуемый технический результат заключается в повышении быстродействия и достигается тем, что в устройстве обеспечивается в частности, использование в качестве оперативной памяти флэш-памяти и совмещение в ней функции хранения и оперативного доступа к информации.
Требуемый технический результат достигается тем, что, в модуль памяти с системой кэширования, содержащий флэш-память и основную память, введено устройство управления, которое первой шиной адресов и командной шиной соединено с контроллером памяти процессора, который первой шиной данных соединен с флэш-памятью, которая второй шиной адресов соединена с устройством управления, а второй шиной данных -соединена с основным накопителем, который третьей шиной адресов соединен с устройством управления, причем, контроллер памяти процессора выставляет запрос на доступ к какому-либо адресу с точностью до байта, после чего страница, содержащая требуемый адрес, загружается устройством управления из основного накопителя в свободную область
флэш-памяти и если флэш-память полностью занята, то устройство управления освобождает не используемую к этому моменту времени страницу флэш-памяти и после этого размещает в ней требуемый блок информации из основного накопителя.
На чертеже представлена функциональная схема модуля памяти с системой кэширования.
Модуль памяти с системой кэширования содержит флэш-память 1, основную память 2 и устройство 3 управления.
В модуле памяти с системой кэширования устройство 3 управления первой шиной адресов и командной шиной соединено с контроллером памяти процессора (на чертеже не показан), который первой шиной данных соединен с флэш-памятью 1, которая второй шиной адресов соединена с устройством 3 управления, а второй шиной данных - соединена с основным накопителем 2, который третьей шиной адресов соединен с устройством 3 управления, причем, контроллер памяти процессора выставляет запрос на доступ к какому либо адресу с точностью до байта, после чего страница, содержащая требуемый адрес, загружается устройством 3 управления из основного накопителя 2 в свободную область флэш-памяти 1 и если флэш-память 1 полностью занята, то устройство 3 управления освобождает не используемую к этому моменту времени страницу флэш-памяти 1 и после этого размещает в ней требуемый блок информации из основного накопителя 2.
После загрузки страницы во флэш-память 1 контроллер памяти процессора работает с этой страницей, имея к ней доступ на уровне байтов.
Предложенный модуль памяти с системой кэширования содержит элементы, охарактеризованные на функциональном уровне, а описываемые формы реализации предполагают использование программируемого (настраиваемого) многофункционального средства, поэтому ниже при описании работы предложенного технического решения представляются
сведения, подтверждающие возможность выполнения таким средством конкретной предписываемых им функций.
Работает модуль памяти с системой кэширования следующим образом.
Архитектура современных вычислительных систем держится на трех китах: - процессоре, производящем манипуляции с информацией, хранилища информации и устройств загрузки/выгрузки информации из внешней среды.
Хранилище информации обычно состоит из двух частей - оперативной памяти и основного накопителя - долговременных устройств хранения (винчестеров). Такое разделение связано с невозможностью объединять свойства скоростного доступа к информации с функцией долговременного хранения большого объема информации в одном устройстве. Оперативная память обычно представляет собой однородный массив микросхем памяти, объединенных едиными шинами данных и адресации.
В настоящее время именно ограничения по доступу к оперативной памяти являются основной проблемой повышения общего быстродействия вычислительных систем.
С целью повышения быстродействия вычислительных систем предложено использовать в качестве оперативной памяти долговременное запоминающее устройство типа флэш-памяти. Если эта память способна хранить информацию долговременно, как сейчас это делают внешние накопители, то возникает возможность совместить функции хранения информации и оперативного доступа к ней, т.е. всю информацию хранить и обрабатывать непосредственно в оперативной памяти.
Модуль памяти с системой кэширования реализует такой подход следующим образом.
Модуль памяти с системой кэширования состоит из быстродействующей памяти - флэш-памяти 1, памяти большого объема -основного накопителя 2 и устройства 3 управления.
Кроме стандартных шин адресов и шин данных используются командная шина - шина управления кэшированием для предварительной загрузки данных в флэш-память 1, выбора текущего режима кэширования и аннулирования данных во флэш-памяти 1 без выгрузки их в основной накопитель 2. Командная шина управляется программным обеспечением операционной системы и выдает команды для оптимального управления модуля памяти с системой кэширования.
Контроллер памяти процессора (на чертеже не показан) выставляет запрос на доступ к какому либо адресу с точностью до байта, после чего страница, например, в 4 Кбайта, содержащая требуемый адрес, загружается устройством 3 управления из основного накопителя 2 в свободную область флэш-памяти 1. Если флэш-память 1 полностью занята, то устройство 3 управления освобождает не используемую к этому моменту времени страницу флэш-памяти 1 и после этого размещает в ней требуемый блок информации из основного накопителя 2. После загрузки страницы во флэш-память 1 контроллер памяти процессора работает с этой страницей, имея к ней доступ на уровне байтов.
Алгоритм освобождения страницы флэш-памяти 1 состоит из двух этапов.
Сначала устройством 3 управления проверяется наличие изменений в информации, хранимой в странице флэш-памяти 1. Если информация не изменилась (контроллер памяти процессора только читал данные из этой страницы), то информация из страницы флэш-памяти 1 удаляется без сохранения на основном накопителе 2.
В случае, если устройство 3 управления обнаружит изменения в странице флэш-памяти 1 (контроллер памяти процессора проводил операции
записи в данную страницу), то перед освобождением этой страницы устройство 3 управления записывает обновленную информацию из страницы флэш-памяти 1 в основной накопитель 2 по адресу блока, хранящегося в очищаемой странице флэш-памяти 1.
По командной шине между контроллером памяти процессора и устройством 3 управления осуществляется передача команд контроллера памяти процессора в устройство 3 управления для программного управления режимом кэширования.
Для реализации этого режима команды разделяются на три группы:
- команды предварительной загрузки в флэш-память 1 блоков из основного накопителя 2 (до реального запроса со стороны контроллера памяти процессора по шине данных);
- команды принудительного освобождения страницы флэш-памяти 1 с сохранением информации из этой страницы в основном накопителе 2;
- команды освобождения страницы флэш-памяти 1 без сохранения информации в основном накопителе 2.
Таким образом, благодаря введенным усовершенствованиям путем объединения флэш-памяти 1, основного накопителя 2 и устройства 3 управления и в единый аппаратно реализуемый блок, в котором в качестве оперативной памяти используется долговременное запоминающее устройство типа флэш-памяти, возникает возможность совместить функции хранения информации и оперативного доступа к ней, т.е. всю информацию хранить и обрабатывать непосредственно в оперативной памяти. Это повышает быстродействие устройства, чем и достигается требуемый технический результат.