Кэш-память. Идея использования кэш-памяти Идея двухуровневой памяти была

Кэш-память

Идея использования кэш-памяти Идея двухуровневой памяти была предложено М. Уилксом в 1965 году в процессе разработки ВМ Atlas. Между ОП и процессором размещается небольшая, но быстродействующая буферная память, которая в последствии была названа кэш-памятью.

Структура системы с основной и кэш-памятью

ЕМКОСТЬ КЭШ-ПАМЯТИ Выбор емкости кэш-памяти — это всегда определенный компромисс. Реальная эффективность использования кэш-памяти зависит от характера решаемых задач, и невозможно заранее определить, какая ее емкость будет действительно оптимальной.

РАЗМЕР СТРОКИ Исследования показывают, что наиболее близким к оптимальному можно признать размер строки равный 4-8 адресуемым единицам (словам или байтам). На практике размер строки обычно выбирают равным ширине шины данных, связывающей кэш-память с основной памятью.

Формат адреса Для доступа к конкретному слову в блоке ОП или в строке кэш-памяти можно использовать младшие 4 разряда 18-разрядного адреса. Следовательно, возникает задача преобразования 14-разрядного адреса блока основной памяти в 7-разрядный адрес строки кэша.

СПОСОБЫ ОТОБРАЖЕНИЯ ОПЕРАТИВНОЙ ПАМЯТИ НА КЭШ-ПАМЯТЬ Наиболее известны три варианта отображения основной памяти на кэш-память: прямой; полностью ассоциативный; частично-ассоциативный, который имеет две модификации — множественно-ассоциативное отображение и отображение секторов.

Прямое отображение Логика работы кэш-памяти

Организация кэш-памяти с прямым отображением При прямом отображении адрес строки i кэш-памяти, на которую может быть отображен блок j из ОП, однозначно определяется выражением: i =j mod т, где т — общее число строк в кэш-памяти.

Полностью ассоциативное отображение Логика работы кэш-памяти

Организация кэш-памяти с ассоциативным отображением

Множественно-ассоциативное отображение Логика работы кэш-памяти

Организация кэш-памяти с множественно-ассоциативным отображением

АЛГОРИТМЫ ЗАМЕЩЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ В ЗАПОЛНЕННОЙ КЭШ-ПАМЯТИ Наиболее распространенными являются четыре алгоритма: Наиболее эффективным является алгоритм LRU (Least Recently Used), Другой алгоритм замещения работающий по принципу FIFO (First In First Out – «первый вошел, первый вышел»), Замена наименее часто использовавшейся строки (LFU – Least Frequently Used), Замещаемая строка выбирается случайным образом – RAND.

СТРУКТУРА КЭШ-ПАМЯТИ МП i486

Современная кэш-память Процессор Intel® Pentium® III (256 KБ кэш-памяти L2): Процессор Intel® Pentium® III содержит две независые кэш-памяти L1 объемом по 16 КБ(32 KБ (16 KБ/16 KБ) неблокируемая кэш-память L1). Одна для инструкций, другая для данных. Кэш-память L1 ускоряет доступ к недавно использованным данным и командам, повышая тем самым общую производительность системы. Кэш-память с усовершенствованной передачей данных и технологией Advanced System Buffering, удовлетворяя более высоким потребностям в пропускной способности, предъявляемым современными серверными окружениями. 256 KБ L2 кэш-память с усовершенствованной передачей данных (полноскоростная). Кэш-память полная 2 уровня с кодом коррекции ошибок (ECC) или версии, которая включает дискретный, работающей на половине частоты ядра корпус L2 с ECC.

That’s all!