Организация ЭВМ 2 Организация систем памяти Виртуальная и

Организация ЭВМ 2. Организация систем памяти. Виртуальная и кэш-память 1

Организация ЭВМ 2. 1 Виртуальная память - система организации памяти, при которой процессу (программе) предоставляется адресное пространство, превышающее физическое адресное пространство ОЗУ системы за счет внешней памяти. 2

Организация ЭВМ 2. 1. 1 Назначение ВП 1. Предоставление процессу большего объема памяти, чем физический объем оперативной памяти 2. Снижение потерь на обращения к внешней памяти 3. Защита памяти 3

Организация ЭВМ 2. 1. 2 Варианты построения ВП 1. Программная 2. Программно-аппаратная аппаратной поддержки например – TLB в IA-32) (с блоком в процессоре, 4

Организация ЭВМ 2. 1. 3 Варианты организации ВП 1. Страничная (страницы фиксированного размера, обычно несколько Кб) 2. Сегментная (сегменты переменного объема) 3. Сегментно-страничная (сегменты, состоящие из страниц) – используется чаще всего 5

Организация ЭВМ 2. 1. 4 Виртуальный адрес Номер сегмента Указывает на адрес таблицы страниц в таблице сегментов Номер страницы Указывает на адрес страницы в таблице страниц Смещение Указывает на смещение в странице 6

Организация ЭВМ 2. 1. 5 Таблица TLB (Translation Lookaside Buffer – буфер ассоциативной трансляции) – построен на ассоциативной памяти, служит для аппаратной поддержки ВП в процессорах Intel Адрес виртуальный Адрес физический Дополнительная информация 7

Организация ЭВМ 2. 1. 6 Стратегии замены страниц 1. Наиболее давнее использование (по времени)- LRU. 2. Наиболее редкое использование (по частоте) – LFU. 3. По очереди (по принципу FIFO). 4. Случайный выбор страницы. 5. “Наилучший” выбор – гибкое сочетание различных стратегий. 8

Организация ЭВМ 2. 2 Кэш память (от «cache» – скрытый, скрывать) вариант организации системы памяти, предназначенный для ускорения обмена между двумя уровнями иерархии памяти, в которой используется быстрая буферная память. (Одним из уровней является оперативная память) Примеры организации : КЭШ процессора, КЭШ HDD, … 9

Организация ЭВМ 2. 2. 1 Сравнение КП и ВП Виртуальная память 1. Организуется для ускорения обмена между процессором и внешней памятью (ОЗУ и Вн. П). 2. Обмен страницами по 2– 16 Кб. 3. Ускорение до 1000 раз. 4. При подкачке ЦП может переключаться на другую задачу. 5. Адресное пространство ВП равно сумме адресного пространства ОЗУ и Вн. П. 6. В ОЗУ хранятся копии или оригиналы страниц ВП. 7. ВП м. б. программно доступна. Кэш-память 1. Организуется для ускорения обмена между ЦП и ОЗУ. 2. Обмен строками (сотни байт). 3. Ускорение до 10 раз. 4. При подкачке ЦП ожидает ее завершения. 5. Адресное пространство кэшпамяти равно адресному пространству ОЗУ. 6. В буферной памяти хранятся копии строк ОЗУ. 7. Кэш-память программно недоступна. 10

Организация ЭВМ 2. 2. 2 Варианты организации КП 1. По удаленности от ЦП : L 1, L 2, L 3 2. По варианту записи : - со сквозной записью (WT); - с обратной записью (WB). 3. По варианту считывания : - со сквозным считыванием; - с «обычным» считыванием 11

Организация ЭВМ 2. 2. 2 Варианты организации КП 4. По варианту отображения строк основной памяти на строки буферной памяти : - полностью ассоциативная; - с прямым отображением; - множественно-ассоциативная (многоканальная) 12

Организация ЭВМ 2. 2. 3 Произвольное отображение (полностью ассоциативная КП) Строка ОП может располагаться в любой строке БП 13

Организация ЭВМ 2. 2. 4 Прямое отображение Строка ОП может располагаться в определенной строке БП 14

Организация ЭВМ 2. 2. 5 Множественно-ассоциативная КП Вся память (БП и ОП) делится на множества. Между множествами БП и ОП – прямое отображение, внутри - произвольное 15

Организация ЭВМ 2. 2. 7 Ускорение КП Кэш позволяет достичь ускорения Kуск = Топ / Тэфкп, где Топ – время обращения к ОП, Тэфкп – эффективное время доступа к КП, Тэфкп = Tкп Phit + Tпр (1 -Phit), Ткп – время обращения к кэш, Phit – вероятность попадания в КП, Тпр – время промаха (подкачки). Для конкретной программы Phit можно заменить на Khit = Nhit/(Nhit + Nmiss) 16