Методическая разработка открытого урока по учебной дисциплине ОП.08. Архитектура электронно-вычислительных машин и вычислительные системы

Министерство общего и профессионального образования Ростовской области государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение  Ростовской области «Миллеровский техникум агропромышленных технологий и управления (ДСХТ)» Методическая разработка  открытого урока  по учебной дисциплине ОП.08. Архитектура электронно­ вычислительных машин и вычислительные системы тема: «Кэш­память, стратегия управления памятью»                                       Составила: Терскова Анна Ивановна,                                                                        преподаватель профессиональных                                                                        дисциплин по специальности 09.02.05 Прикладная информатика (по отраслям) г. Миллерово 2016 г. Утверждаю Зам. Директора  По учебной работе __________ Л.А. Юрьева «30» августа 2016 Рассмотрено и одобрено на заседании  цикловой комиссии математических и общих естественнонаучных дисциплин,  профессиональных дисциплин по  специальности  «Прикладная информатика  (по отраслям)» Протокол № 1 от «29» августа 2016 г. Председатель_________О.Н. Лашутина Автор: Терскова А.И., преподаватель ГБПОУ РО «МТАТиУ (ДСХТ)» Содержание  Предисловие________________________________________________________________4 1.Технологическая карта учебного занятия_______________________________________5 2.Структура и ход занятия_____________________________________________________6 3. Литература________________________________________________________________17 Предисловие  Применение на занятиях нетрадиционных форм и методов обучения способствует      формированию   творческой   активности   будущего   специалиста,   развитию   его профессионально­познавательных   потребностей   и   интересов,   выработки   способности инициативно  решать  стоящие  перед  ним задачи,  воспитанию  у  него умения  работать  с людьми. "Презентация" ­ переводится с английского как "представление". Мультимедийные презентации ­ это удобный и эффектный способ представления информации с помощью компьютерных программ.  При создании слайдов необходимо учесть ряд основных требований. Для обеспечения эффективности учебного процесса необходимо:  избегать монотонности, учитывать смену деятельности студентов по ее уровням: узнавание, воспроизведение, применение;    ориентироваться   на   развитие   мыслительных   (умственных)   способностей ребенка, т.е. развитие наблюдательности, ассоциативности, сравнения, аналогии, выделения главного, обобщения, воображения и т.н. дать   возможность   успешно   работать   на   уроке   с   применением   компьютерных технологий и сильным, и средним, и слабым студентам; учитывать   фактор   памяти   студента   (оперативной,   кратковременной   и долговременной). Ограниченно следует контролировать то, что введено только на уровне оперативной и кратковременной памяти. Любые   средства   обучения   важны   не   сами   по   себе,   а   только   как   средства, помогающие   усвоить   содержание   урока.   Это   значит,   что   урок   с   использованием   таких средств должен быть привычным и удобным и для учащихся и для учителя, не отвлекать на форму, на таком уроке важна каждая мелочь: неудобно стоящий проектор, заслоняющий 30% студентов экран или часто меняющиеся "декорации". Методическая разработка предназначена для преподавания общепрофессиональных дисциплин   с   целью   оказания   практической   помощи   преподавателям   в   организации   и проведении   занятий   с   использованием   нетрадиционных   форм   и   методов   обучения   с использованием ИКТ. 1. Технологическая карта учебного занятия Дата 16.12.2016 г. Дисциплина:  ОП.08. Архитектура электронно­вычислительных машин и вычислительные системы Специальность: 09.02.05 Прикладная информатика (по отраслям) Группа: 2И9 Тема занятия: «Кэш­память, стратегия управления памятью» Тип занятия: Комбинированный урок Вид занятия: Урок – соревнование Место проведения: учебный кабинет ­ 220  Цель занятия:  Дидактическая:  Повторить освоенный ранее материал. Освоить и закрепить с учащимися вводные знания о «Кэш­памяти». Воспитательные:   Повышение мотивации учащихся на уроке.  Достижение сознательного уровня усвоения материала учащимися.  Формирование чувства коллективизма и здорового соперничества. Развивающие:   Развивать способность учащихся анализировать, сравнивать, делать выводы.  Активизировать познавательную активность учащихся через использование  компьютера как средства обучения.  Развивать образное, критическое, дивергентное мышление. По окончании занятия студент: Должен знаеть:   Кэш­память;  Системы кэш­памяти;  Виды кэш­памяти;  Системы взаимодействия кэш­памяти  Стратегии управления памятью.  Должен уметь:  применять кэширование данных;  производить очистку кэш­памяти;  определять размер кэш­памяти;  сравнивать различные способы обхода данных. Методическая цель: демонстрация методики проведения – урока ­  соревнования с применением ИКТ. Методы   обучения:  наглядной   передачи   информации   и   зрительного   восприятия информации (наблюдение, демонстрация, компьютерная презентация). Формы организации работы на занятия: индивидуальная. Оснащение занятия: компьютер, проектор, экран, слайд­лекции, печатные тесты,  схемы. 2. Структура и ход занятия Структура: 1. Организационный момент – 2 мин 2. Сообщение темы занятия, постановка его цели и задачи урока – 1 мин 3. Актуализация знаний (15 мин) 3. Изложение нового материала – 40 мин 4. Обобщение изученного материала – 15 мин. 5. Выдача домашнего задания – 2 мин.  6. Подведение итогов– 5 мин. Структура и методический инструментарий занятия  Этапы занятия Деятельность преподавателя . 1 й ы н н о и ц а з и н а г р О т н е м о м Техническая пятиминутка: ­ приветствие; ­ проверка отсутствующих; ­ проверка готовности  студентов к занятию. Методические приемы Методы  формирования  внимания, долга,  ответственности,  методы создания  внутреннего  комфорта. Деятельность студентов Приветствуют  преподавателя. Проверяют  необходимого для  занятия материала. Преподаватель сообщает о порядке оценки  работы на уроке; характеризует этапы работы на занятии; мотивирует к деятельности. Метод словесной передачи информации и слухового восприятия информации. . 2 й о н б е ч у   я и ц а в и т о М и т с о н ь л е т я е д Преподаватель предлагает  студентам ответить на  основные  вопросы предыдущих тем а Читает лекцию, комментирует  слайды. Показ видеоролика. . 3 . 4 й и н а н з   я и ц а з и л а у т к А и н е н с я ъ б О о г о в о н   е л а и р е т а м Предлагает самостоятельно  сделать выводы,  классифицировать понятия,  задания по формированию  внутрипредметных и  междисциплинарных знаний. Сформулировать проблемные  вопросы Метод самооценки и оценки  знаний, прием личностно –  ориентированного обучения . 5 . 6 о г о н б е ч у   е и н е щ б о б О а л а и р е т а м в о г о т и   е и н е д е в д о П я и с к е л ф е Р Мини  ­соревнование для  каждого студента Метод  наглядности,  проблемный Метод наглядности  Метод умения  соотносить факты,  понятия, правила и  идеи, умение  выделять  существенные  признаки понятий:  обобщать,  классифицировать,  сравнивать. Метод оценки  знаний и участия в  подготовке и  проведении урока­ игры. «Я знаю ….», «Я  понял …», «Я  смогу …» Осмысливают и  записывают тему занятия в рабочей  тетради; формулируют  вместе с  преподавателем цель  занятия; воспринимают  информацию на слух Студент по очереди  отвечает на  поставленные вопросы и ответы записывают в  В тетради фиксируют  основные моменты  лекции Отвечают на вопросы,  обсуждают изученную  тему Высказывают свое  мнение о достижении  поставленной цели,  выставляют итоговую  оценку Ход занятия 1. Организационный момент. (2 минуты)  Преподаватель: Здравствуйте, присажуйтесь, подготовьтесь пожалуйста к занятию,  дежурный назовите, кто сегодня отсутствует.  Дежурный: На занятии отсутствуют: _______________ (в данный момент присутствуют  все учащиеся группы) Преподаватель: Сегодня мы проводим открытый урок по учебной дисциплине ОП.08.  Архитектура электронно­вычислительных машин и вычислительные системы. (Организационный момент.  Уточнение отсутствующих. Сообщение темы и целей урока.  Повторение изученного материала.) 2. Мотивация учебной деятельности (1 минута) Тема сегодняшнего занятия: Кэш­память, стратегия управления памятью Цель занятия: формирование знаний учащихся по теме «Кэш­память», формирование  устойчивых профессиональных интересов при изучении вычислительных систем. 3. Актуализация знаний (15 минут) В изученном ранее материале мы рассматривали структуру и функционирование  вычислительных систем. Давайте вспомним основные понятия этих тем. Для этого пройдем тестовые задания под названием «Вспомнить все». Для того что бы пройти тест вам необходимо будет ответить на вопросы, теста которые вы  видите перед собой. Так же для проведения теста вам выданы карточки. Где необходимо  указать вашу Фамилию, группу, и дату. Ваша задача: необходимо с 1 по 5 задание теста из предложенных четырех вариантов  выбрать один или несколько ответов, и занести их в карточки, а с 6 по 8 задание произвести соотношение понятий и терминов.  Карточка для внесения ответов на тест «Вспомнить все» Фамилия Имя Группа 1 2 3 4 5 6 7 А Б В Г 1 2 3 4 1 2 3 4 Количество баллов Оценка Дата 8 1 2 3 4 Для ответа на вопрос вам отводится 1 минута. Тестирование окончено.    Пожалуйста, два человека соберите карточки и присядти за  отдельный стол, для проверки работ, ваша задача определить набранные баллы, и  основываясь на критерии оценивания которые приведены снизу. Выставите оценку А со всеми остальными давайте вспомним: 1. Что такое вычислительные системы? 2. Что означают многопроцессорные вычислительные системы? 3. Что представляют универсальные вычислительные системы ? 4. Как классифицируются вычислительные системы ? Теперь давайте проверим как вы справились с тестированием. А именно разберем  каждый вопрос. Вы справились с заданием. 4. Объяснение нового материала Так как темой нашего урока является изучение кэш­памяти, давайте просмотрим видео  ролик, что такое кэш­память.  (Видео ролик) (4 минуты). После просмотра видео ролика предлагаю послушать докладчиков. 1. Что такое кэш­память (понятие)? (3 минуты) Кэш (англ. cache, от фр. cacher — прятать; произносится [kæʃ] — кэш) — промежуточный буфер с быстрым доступом, содержащий информацию, которая может быть запрошена с наибольшей вероятностью. Доступ к данным в кэше идёт быстрее, чем выборка исходных данных   из   оперативной   (ОЗУ)   или   более   медленной   внешней   (жёсткий   диск   или твердотельный накопитель) памяти, за счёт чего уменьшается среднее время доступа и увеличивается общая производительность компьютерной системы. Кэш микропроцессора — Кэш, используемый микропроцессором для уменьшения среднего времени доступа к компьютерной памяти. Является одним из верхних уровней иерархии памяти. Кэш использует небольшую, но очень быструю память SRAM,  которая хранит копию часто используемых данных из основной памяти. Если большая часть запросов в память   будет   обрабатываться   кэшем,   средняя   задержка   обращения   к   памяти   будет приближаться к задержкам работы кэша. Когда процессору нужно обратиться в память для чтения или записи ячейки, он сначала проверяет,   доступна   ли   копия   требуемых   данных   в   кэше.   В   случае   успеха   проверки процессор   сразу   может   произвести   операцию   работы   с   памятью,   используя   кэш.   В противном   случае   процессору   пришлось   бы   ожидать   прохождения   запроса   в   основную память, которая является в несколько раз более медленной. Большинство современных микропроцессоров для бытовых компьютеров и серверов имеют как минимум три независимых кэша: кэш инструкций для ускорения загрузки машинного кода   микропроцессора,   кэш   данных   для   ускорения   чтения   и   записи   данных,   и   буфер ассоциативной   трансляции   (TLB)   для   ускорения   трансляции   виртуальных (математических) адресов в физические, как для инструкций, так и для данных. 2. Общие принципы функционирования кэш­памяти? (3 минуты)  Кэш­память (КП),   или кэш,   представляет   собой   организованную   в   виде   быстродействующую буферную ассоциативного запоминающего   устройства (АЗУ) память ограниченного   объема,   которая   располагается   между   регистрами   процессора   и относительно   медленной   основной   памятью   и   хранит   наиболее   часто   используемую информацию совместно с ее признаками (тегами), в качестве которых выступает часть адресного кода. В процессе работы отдельные блоки информации копируются из основной памяти в кэш­память. При обращении процессора за командой или данными сначала проверяется их   наличие   в   КП.   Если   необходимая информация находится   в   кэше,   она   быстро извлекается. Это кэш­попадание. Если необходимая информация в КП отсутствует (кэш­ промах ),   то   она   выбирается   из   основной   памяти,   передается   в микропроцессор и одновременно   заносится   в кэш­память.   Повышение   быстродействия   вычислительной системы достигается в том случае, когда кэш­попадания реализуются намного чаще, чем кэш­промахи. Зададимся   вопросом:   "А   как   определить   наиболее   часто   используемую информацию?   Неужели   сначала   кто­то   анализирует   ход   выполнения   программы, определяет, какие команды и данные чаще используются, а потом, при следующем запуске программы, уже тогда программа выполняется   эффективно?"   Конечно   нет.   Хотя   в   современных микропроцессорах   имеется   определенный   механизм,   который   позволяет   в   некоторой степени реализовать этот принцип. Но в основном, конечно, кэш­память сама отбирает информацию, которая чаще всего используется. переписываются в кэш­память и     эти   данные     3. Емкость кэш­памяти? (3 минуты) Выбор   емкости   кэш­памяти   —   это   всегда   определенный   компромисс.   С   одной стороны,  кэш­память  должна  быть  достаточно   мала,   чтобы  ее   стоимостные   показатели были близки к величине, характерной для ОП. С другой — она должна быть достаточно большой, чтобы среднее время доступа в системе, состоящей из основной и кэш­памяти, определялось временем доступа к кэш­памяти. В пользу уменьшения размера кэш­памяти имеется больше мотивировок. Так, чем вместительнее кэш­память, тем больше логических схем должно участвовать в ее адресации. Как следствие, ИМС кэш­памяти повышенной емкости работают медленнее по сравнению с микросхемами меньшей емкости, даже если они выполнены по одной и той же технологии. Реальная эффективность использования кэш­памяти зависит от характера решаемых задач,   и   невозможно   заранее   определить,   какая   ее   емкость   будет   действительно оптимальной. Несмотря на очевидные различия, просматривается и общая тенденция: по мере   увеличения   емкости   кэш­памяти   вероятность   промахов   сначала   существенно снижается, но при достижении определенного значения эффект сглаживается и становится несущественным.   Установлено,   что   для   большинства   задач   близкой   к   оптимальной является кэш­память емкостью от 1 до 512 Кбайт. Еще   одним   важным   фактором,   влияющим   на   эффективность   использования   кэш памяти, служит размер строки. Когда в кэш­память помещается строка, вместе требуемым словом туда попадают и соседние слова. По мере увеличения размера строки вероятность промахов  сначала  падает,  так  как в  кэш,  согласно  принцип  локальности,  попадает  все больше данных, которые понадобятся в ближайшее время. Однако вероятность промахов начинает расти, когда размер строки становится излишне большим. Объясняется это тем, что: ­ большие   размеры   строки   уменьшают   общее   количество   строк,   которые   можно загрузить в кэш­память, а малое число строк приводит к необходимости частой их смены; ­ по мере увеличения размера строки каждое дополнительное слово оказывается дальше   от   запрошенного,   поэтому   такое   дополнительное   слово   менее   вероятно понадобится в ближайшем будущем. Зависимость   между   размером   строки   и   вероятностью   промахов   во   многом   оп­ ределяется характеристиками конкретной  программы,  из­за чего трудно рекомендовать определенное значение величины строки. Исследования показывают, что наиболее близким к оптимальному можно признать размер строки, равный 4­8 адресуемым единицам (словам или байтам). На практике размер строки обычно выбирают равным ширине шины данных, связывающей кэш­память с основной памятью. 4. Способы отображения оперативной памяти на кэш­память? (3 минуты) Сущность отображения блока основной памяти на кэш­память состоит в копиро­ вании этого блока в какую­то строку кэш­памяти, после чего все обращения к блоку в ОП должны   переадресовываться   на   соответствующую   строку   кэш­памяти.   Удачным   может быть   признан   лишь   такой   способ   отображения,   который   одновременно   отвечает   трем требованиям: обеспечивает быструю проверку кэш­памяти на наличие в ней копии блока основной памяти; обеспечивает быстрое преобразование адреса блока ОП в адрес строки кэша; реализует достижение первых двух требований наиболее экономными средствами. Для облегчения понимания комплекса вопросов, возникающих при выборе способа отображения   оперативной   памяти   на   кэш­память,   будем   рассматривать   систему, состоящую из основной памяти емкостью 256 Кслов, и кэш­памяти емкостью 2 К слова. Для адресации каждого слова основной памяти необходим 18­разрядный адрес (218= 256К). ОП разбивается на блоки по 16 слов в каждом, следовательно, ее удобно рассматривать как   линейную   последовательность   из   16   384   =   2   блоков.   При   такой   организации   18­ разрядный адрес можно условно разделить на две части: младшие 4 разряда определяют адрес слова в пределах блока, а старшие И номер одного из 16 384 блоков. Эти старшие 14 разрядов в дальнейшем будем называть адресом блока основной памяти. В свою очередь, для адресации любого слова в кэш­памяти требуется 11­разрядный адрес (211= 2К). Кэш­ память разбита на строки такого же размера, что и в ОП (напомним, что применительно к кэш­памяти   вместо   слова   «блок»   принято   использовать   термин   «строка»),   то   есть содержит 128=27строк. 11­разрядный адрес слова в кэш­памяти также можно представить состоящим из двух частей: адреса слова в строке (4 младших разряда) иадресастроки кэш­памяти (7 старших разрядов). Поскольку   ЦП   всегда   обращается   к   ОП   (кэш­память   для   ЦП   невидима)   и формирует  для   этого  18­разрядный   адрес,  необходим  механизм  преобразования   такого адреса в 11­разрядный адрес слова в кэше. Так как расположение слов в блоке ОП и строке кэш­памяти идентично, для доступа к конкретному слову в блоке ОП в строке кэш­памяти можно использовать младшие 4 разряда 18­разрядного адреса. Следовательно, остается лишь задача преобразования 14­разрядного адреса блока основной памяти в 7­разрядный адрес строки кэша. Известные варианты отображения основной памяти на кэш можно свести к трем видам:   прямому,   полностью   ассоциативному   и   частично­ассоциативному,   причем последний   имеет   две   модификации   —   множественно­ассоциативное   отображение   и отображение секторов.   дополняет Из представленного материала докладчиками хочется дополнить  что Кэш память памяти. При   работе   компьютера   все   вычисления   происходят   в   процессоре,   а   данные   для   этих вычислений и их результаты хранятся в оперативной памяти. Скорость работы процессора в несколько раз превосходит скорость обмена информацией с оперативной памятью.    функциональное значение     оперативной Кэш­памятью   управляет   специальный   контроллер,   который,   анализируя   выполняемую программу, пытается предвидеть, какие данные и команды вероятнее всего понадобятся в ближайшее   время   процессору,   и   подкачивает   их   в   кэш­память,   т.е.   кэш­контроллер  загружает в кэш­память нужные данные из оперативной памяти, и возвращает, когда нужно, модифицированные процессором данные в оперативную память. Кэш память процессора выполняет примерно ту же функцию, что и оперативная память. Только кэш ­ это память встроенная в процессор и потому быстрее оперативной памяти, отчасти благодаря своему положению. Ведь линии связи, идущие по материнской плате, и разъем   пагубно   влияют   на   скорость.   Кэш   современного   персонального   компьютера расположен   прямо   на   процессоре,   благодаря   чему   удалось   сократить   линии   связи   и улучшить их параметры. Кэш­память используется процессором для хранения информации. В ней буферизируются самые   часто   используемые   данные,   за   счет   чего,   время   очередного   обращения   к   ним значительно сокращается. Кэш­память на жестком диске Как правило, на всех современных жестких дисках есть собственная оперативная память, называемая   кэш­памятью   (cache   memory)   или   просто   кэшем.   Производители   жестких дисков   часто   называют   эту   память   буферной.   Размер   и   структура   кэша   у   фирм­ производителей и для различных моделей жестких дисков существенно отличаются. Кэш­память  выступает в роли буфера для хранения промежуточных данных, которые уже считаны с жесткого диска, но еще не были переданы для дальнейшей обработки, а также для   хранения   данных,   к   которым   система   обращается   довольно   часто.   Необходимость наличия транзитного хранилища вызвана разницей между скоростью считывания данных с жесткого системы. способностью пропускной диска       и     Обычно кэш память используется как для записи данных так и для чтения, но на SCSI дисках иногда требуется принудительное разрешение кэширования записи, так обычно по умолчанию кэширование записи на диск для SCSI запрещено. Хоть это и противоречит вышесказанному,   но   размер   кеш­памяти   не   является   решающим   для   повышения эффективности работы. Более важна организация обмена данными с кэшем для увеличения производительности диска целом.  Кроме   этого   на   производительность   в   целом   влияет   алгоритмы   работы   управляющей электроники, предотвращающие ошибки при работе с буфером (хранение неактуальных данных, сегментирование и т.д.) в     В теории: чем больше будет объем кеш памяти, тем выше вероятность, что необходимые данные находятся в буфере и не нужно будет «беспокоить» жесткий диск. Но на практике случается,   что   диск   с   большим   объемом   кэш­памяти   мало   чем   отличается   по производительности от жесткого диска с меньшим объемом, такое случается при работе с файлами большого размера. Кэш­память имеет также достоинства и недостатки.  имеет небольшой объем; размещается непосредственно на процессорном кристалле; • • • скорость работы гораздо выше, чем у динамической памяти (модули ОЗУ), но ниже, чем работают регистры общего назначения (РОН) центрального процессора. • Основное достоинство  быстродействие.  • Основной недостаток  большой физический объем, занимаемый памятью и высокое энергопотребление. Система кэш­памяти состоит из двух уровней: память на кристалле и память на материнской плате. Архитектура кэш­памяти состоит из: инклюзивной и эксклюзивной памяти Инклюзивная­Дублирование информации, находящейся в L1 и L2.  Применяется в тех системах, где разница в объемах кэшей первого и второго уровня велика.  Эксклюзивная ­ Уникальность информации, находящейся в L1 и L2.  Применяется в системах, где разность между объемами кэшей первого и второго уровня относительно невелика.  Основными   системами   взаимодействия   кэш­памяти   и   основной   оперативной   памяти является:   кэш   память   с   прямым   отображением   (Самый   простой   вариант взаимодействия кэша с ОЗУ) Объем ОЗУ делится на сегменты (страницы), по объему равные объему всего кэша (например, при объеме кэша 64 Кб и ОЗУ разбивается на страницы по 64 Кб). При взаимодействии кэша с ОЗУ, одна страница ОЗУ размещается в кэш­памяти, начиная с нулевого адреса (т.е., с самого начала кэша). При повторной операции взаимодействия, следующая страница накладывается поверх существующей ­ т.е., фактически прежние данные заменяются на текущие. • Достоинства: простая организация массива, минимальное время поиска. • Недостатки: неэффективное использование всего объема кэш­памяти. Наборно­ассоциативная   (Весь   объем   кэша   делится   на   несколько   равных   сегментов, кратных двойке в целой степени (2, 4, 8)).  При такой организации, ОЗУ делится на страницы, равные по объему одному сегменту кэша (одному кэш­банку). Страница ОЗУ пишется в первый кэш­банк; следующая страница ­ во второй кэш­банк и т.д., пока все кэш­банки не будут заполнены. Дальнейшая запись информации идет в тот кэш­банк, который не использовался дольше всего (содержит самую "старую" информацию). • Достоинства: повышается эффективность использования всего объема кэша ­ чем больше кэш­банков, тем выше эффективность. • Недостатки:  более   сложная   схема   управления   работой   кэша;   дополнительное время на анализ информации. Ассоциативная кэш­память (Объем кэш­банка становится равным одной строке кэш­ памяти). Запоминающий кэш­массив состоит из строк равной длины. Емкость такой строки равна размеру пакета, считываемого из ОЗУ за 1 цикл • Достоинства:  максимальная   эффективность   использования   пространства   кэш­ памяти. • Недостатки: наибольшие затраты времени на поиск информации. 4. Обобщение учебного материала (15 минут)  Давайте вспомним пройденный на занятии материал: 1. Что такое кэш­память? Кэш­память – это сверхоперативная память – очень быстрое запоминающее  устройства небольшого объема, которое используется при обмене данными между  микропроцессором и оперативной памятью. 2.Что значит кэш­микропроцессора? Кэш микропроцессора — Кэш, используемый микропроцессором для уменьшения  среднего времени доступа к компьютерной памяти. Является одним из верхних  уровней иерархии памяти 3. Как происходит доступ к данным в КЭШе ?             Доступ   к   данным   в   кэше   идёт   быстрее,   чем   выборка   исходных   данных   из оперативной (ОЗУ) или более медленной внешней (жёсткий диск или твердотельный накопитель) памяти, за счёт чего уменьшается среднее время доступа и увеличивается общая производительность компьютерной системы. 4. Какую память использует кэш? Кэш использует небольшую, но очень быструю память SRAM, которая хранит  копию часто используемых данных из основной памяти 5. Что представляет собой кэш­память? Кэш­память (КП),   или кэш,   представляет   собой   организованную   в   виде ассоциативного запоминающего устройства (АЗУ) быстродействующую буферную память ограниченного   объема,   которая   располагается   между   регистрами процессора и относительно медленной основной памятью и хранит наиболее часто используемую информацию 6. Когда достигается повышение быстродействие вычислительной системы? Повышение быстродействия вычислительной системы достигается в том случае,  когда кэш­попадания реализуются намного чаще, чем кэш­промахи. 7. Как выбрать емкость кэш­памяти ? Выбор емкости кэш­памяти — это всегда определенный компромисс. С одной  стороны, кэш­память должна быть достаточно мала, чтобы ее стоимостные показатели  были близки к величине, характерной для ОП. 8. От чего зависит реальная эффективности использования кэш­памяти ? Реальная эффективность использования кэш­памяти зависит от характера решаемых задач, и невозможно заранее определить, какая ее емкость будет действительно оптимальной 9. В чем заключается сущность отображения блока основной памяти на кэш­ память ? Сущность   отображения   блока   основной   памяти   на   кэш­память   состоит   в   копировании этого   блока   в   какую­то   строку   кэш­памяти,   после   чего   все   обращения   к   блоку   в   ОП должны переадресовываться на соответствующую строку кэш­памяти. 10. Что управляет кэш­памятью ? Кэш­памятью управляет специальный контроллер, который, анализируя  выполняемую программу, пытается предвидеть, какие данные и команды вероятнее  всего понадобятся в ближайшее время процессору, и подкачивает их в кэш­память 11. Какую функцию выполняет кэш­память процессора ? Кэш память процессора выполняет примерно ту же функцию, что и оперативная память.  Только кэш ­ это память встроенная в процессор и потому быстрее оперативной памяти,  отчасти благодаря своему положению. 12. Назовите достоинства и недостатки кэш­памяти ? Основное достоинство  быстродействие Основной недостаток  большой физический объем, занимаемый памятью и высокое  энергопотребление. 13. Что означает кэш­память с прямым отображением? При взаимодействии кэша с ОЗУ, одна страница ОЗУ размещается в кэш­памяти, начиная с нулевого адреса 14. Какие достоинства и недостатки имеет кэш­память с прямым отображением ? Достоинства: простая организация массива, минимальное время поиска. Недостатки: неэффективное использование всего объема кэш­памяти. 15. Что значит наборно­ассоциативная кэш­память ? При такой организации, ОЗУ делится на страницы, равные по объему одному сегменту  кэша (одному кэш­банку). Страница ОЗУ пишется в первый кэш­банк; следующая страница ­ во второй кэш­банк и т.д., пока все кэш­банки не будут заполнены 16. Назовите достоинства и недостатки наборно­ассоциативной кэш­памяти? Достоинства: повышается эффективность использования всего объема кэша ­ чем больше  кэш­банков, тем выше эффективность. Недостатки: более сложная схема управления работой кэша; дополнительное время на  анализ информации. 5. Рефлексия, подведение итогов (10 минут) Теперь подведем итоги нашего урока, что вы сегодня узнали. Достигнута ли цель урока? Продолжи одно из предложений: «Мне понятно…. «Я запомнил ….  «Мне на уроке …. (познавательно, узнал много нового кэш­памяти компьютера) «Я думаю … (что данный материал пригодится мне в дальнейшей учебе Выставление оценок. 6. Домашнее задание и (1 минут) Составить конспект­лекции по изученной теме. Самоанализ урока При построении урока был выбран тип урок – комбинированный. В   качестве   наглядных   пособий   использовались   слайды,   демонстрируемые   с помощью компьютера, видео ролик. Цели и задачи урока связаны с формированием основ научного мировоззрения, с развитием мышления, способностей, подготовкой к жизни, к труду, продолжению образования. Целью данного урока является приобретение учащимися новых знаний и умений.  Цели урока достигнуты, о чем можно судить по полученным оценкам. Литература Кузин А.В., Пескова С.А. Архитектура ЭВМ: Учебник: М:. ИНФРА­М: Форум, 2011. Максимов Н.В., Попов И.И., Партыка, Т.Л. Архитектура ЭВМ и вычислительных систем. Учебник. М.: ИНФРА­М:Форум, 2011. Колдаев В.Д., Лунин С.А. Архитектура ЭВМ. Учебное пособие, М.: Форум, 2011. Ваша задача: необходимо с 1 по 5 задание теста из предложенных четырех вариантов  выбрать один или несколько ответов, и занести их в карточки, а с 6 по 8 задание произвести соотношение понятий и терминов. Приложение 1 Карточка для внесения ответов на тест «Вспомнить все» Фамилия Имя Группа 1 А 2 3 А Б Г А Б В Г 4 А В 5 В 6 7 1 2 3 4 Б В Г А 1 2 3 4 Г А В Б Количество баллов Оценка Дата 8 Г Б А В 1 2 3 4 Тестовые задания: 1. Совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих процессоров или ЭВМ ­ это  А. вычислительные системы Б. вычислительные машины В. многопроцессорные ВС Г. универсальные ВС 2. По типу построения вычислительные системы разделяются на: А. универсальные Б. многомашинные В. специализированные Г. многопроцессорные 3. При непосредственном взаимодействии процессоров друг с другом информационная связь реализуется через? А. регистры процессорной памяти Б. счетчик В. комбинационный сумматор Г. шифратор 4. По методам управления элементами  вычислительные системы различают? А. централизованные Б. однородные В. децентрализованные Г. неоднородные 5. Какие основные цели преследует создание вычислительных систем? А. повышение цены Б. повышение качества работы В. повышение производительности, надежности Г. повышение параллельных вычислений 6. Ваша задача сопоставить соотношение: 1.  Многопроцессорные системы (МПС) Термин   Многомашинные 2. системы (ММС)   вычислительные 3. Универсальные вычислительные системы Понятие А. системы   ориентированные   на   решение узкого класса задач В. содержит некоторое число компьютеров, информационно взаимодействующих   между собой Б.   содержат   несколько   процессоров, информационно взаимодействующих между собой   либо   на   уровне   регистров процессорной памяти, либо на уровне ОП 4.   Специализированные   вычислительные системы Г.   системы   ориентированные   на   широкий спектр задач 7. Ваша задача сопоставить соотношение: Классификация 1.  Многопроцессорные системы (МПС)   Многомашинные 2. системы (ММС)   вычислительные 3. Универсальные вычислительные системы Понятие А. системы   ориентированные   на   решение узкого класса задач В. содержит некоторое число компьютеров, информационно взаимодействующих   между собой Б.   содержат   несколько   процессоров, информационно взаимодействующих между собой   либо   на   уровне   регистров процессорной памяти, либо на уровне ОП 4.   Специализированные   вычислительные системы Г.   системы   ориентированные   на   широкий спектр задач Критерии оценки для текущего, рубежного контроля. Критерии оценки при контроле в форме тестирования:  оценка   «отлично»   выставляется   при   наличии   не   менее   91 процента правильных ответов, (19­18 правильных ответов)   оценка   «хорошо»   выставляется   при   наличии   количества правильных ответов в диапазоне от 76 до 90 процентов, (15­17 правильных ответов) оценка   «удовлетворительно»   выставляется   при   наличии количества правильных ответов в диапазоне от 61 до 75 процентов, (12­14 правильных ответов)  оценка «неудовлетворительно» выставляется при наличии менее 60 процентов правильных ответов. (11 и менее 11 правильных ответов)