КЭШ-ПАМЯТЬ Подготовил Евгений Завадич Группа 140301 Что

КЭШ-ПАМЯТЬ Подготовил: Евгений Завадич Группа 140301

Что такое кэш-память • В большинстве современных ПК рассматривается следующая иерархия памяти: • Кэш-память – это сверхбыстрая память используемая процессором, для временного хранения данных, которые наиболее часто используются.

Назначение • Кэш является буфером между процессором и ОЗУ. • Принцип использования буферной памяти во всех случаях сводится к одному и тому же. Буфер представляет собой более быстрое (а значит, и более дорогое), но менее емкое ЗУ, чем то, для ускорения работы которого он предназначен. При этом в буфере размещается только та часть информации из более медленного ЗУ, которая используется в настоящий момент. Несмотря на сравнительно небольшой объём кэша, (около 4 -16 Мбайт в современных ПК) он дает значительный прирост производительности. • Кэш-память построена на триггерах. Так как триггеры не нуждаются в регенерации, а время задержки вентиля, на которых они собраны, невелико, время переключения триггера из одного состояния в другое происходит очень быстро. Это и позволяет кэш-памяти работать на таких же частотах как современные процессоры. • Также, немаловажным фактором является размещение кэш-памяти. Размещена она, на самом кристалле процессора, что значительно уменьшает время доступа к ней. Ранее, некоторые уровни кэш-памяти размещалась за пределами кристалла процессора, на микросхеме SRAM. Сейчас же, практически у всех процессоров, кэш-память размещена на кристалле процессора.

Принцип действия кэш-памяти Обмен информацией между кэш-памятью и более медленными ЗУ для улучшения временных характеристик выполняется блоками, а не байтами или словами. Управляют этим обменом аппаратные средства процессора и операционная система, и вмешательство прикладной программы не требуется.

Уровни кэш-памяти • Современные процессоры, оснащены кэшем, который состоит, зачастую из 2–ух или 3 -ёх уровней. • Кэш первого уровня (L 1) – наиболее быстрый уровень кэш-памяти, который работает напрямую с ядром процессора, благодаря этому плотному взаимодействию, данный уровень обладает наименьшим временем доступа и работает на частотах близких процессору. Является буфером между процессором и кэш-памятью второго уровня. • Процессор Intel Core i 7 -3770 K. оснащен 4 х32 Кб кэш-памяти первого уровня 4 x 32 КБ = 128 Кб. (на каждое ядро по 32 КБ) • Кэш второго уровня (L 2) – более объемный, нежели первый, но обладает меньшими «скоростными характеристиками» . Соответственно, служит буфером между уровнем L 1 и L 3. Если обратиться снова к нашему примеру Core i 7 -3770 K, то здесь объём кэш-памяти L 2 составляет 4 х256 Кб = 1 Мб.

Уровни кэш-памяти • Кэш третьего уровня (L 3) – более медленный, нежели два предыдущих, но гораздо быстрее, чем оперативная память. • Объём кэша L 3 в i 7 -3770 K составляет 8 Мбайт. Если два предыдущих уровня разделяются на каждое ядро, то данный уровень является общим для всего процессора.

Поскольку в кэш-памяти в каждый конкретный момент хранится только часть информации, размещенной в запоминающем устройстве более низкого уровня, то при обращении к этому запоминающему устройству (со стороны процессора или другого узла) необходимо определить, не находится ли копия требуемой информации в кэш-памяти. Если она там есть, то обращение может быть быстро обслужено кэш-памятью, в противном случае, информацию придется извлекать из оперативной памяти (или заносить в нее), что займет примерно на порядок большее время.