7)Кэширование данных

Кэш-память — это способ совместного функционирования двух типов запоминающих устройств, отличающихся временем доступа и стоимостью хранения данных, который за счет динамического копирования в «быстрое» ЗУ наиболее часто используемой информации из «медленного» ЗУ позволяет, с одной стороны, уменьшить среднее время доступа к данным, а с другой стороны, экономить более дорогую быстродействующую память. При каждом обращении к памяти просматривается кэш память, далее возможен один из видов ситуации: 1)кэш-попадание, информация считывается из кэш памяти и передается источнику запроса. 2)кэш-промах, информация не была найдена в кэш, происходит обращение к основной памяти, данные копируются на кэш. Вероятность обнаружения данных кэш очень высока, это обуславливается наличием у данных свойств: пространственной и временной локальности. Временная локальность - если произошло обращение по некоторому адресу, то следующее обращение по тому же адресу с большой вероятностью произойдет в ближайшее время. Пространственная локальность - если произошло обращение по некоторому адресу, то с высокой степенью вероятности в ближайшее время произойдет обращение к соседним адресам.

Кэш с прямым отображением (адрес делится на 3 части: тег(4), строка(3), смещение(3)): требуется всего лишь одна операция сравнения (для тегов). Недостатки ее, впрочем, также очевидны. Например, если два блока данных основной памяти, используемые одинаково часто, претендуют на одну и ту же строку в кэше.

Ассоциативная кэш-память (адрес делится на 2 части: тег, смещение(3)). Решена проблема конфликта адресов, но теперь требует сравнение тега для всех линии кэша. Ассоциативная кэш-память используется в тех случаях, когда для обеспечения высокого процента попадания достаточно небольшого объема памяти.

Наборно-ассоциативный кэш (тег, набор(2), смещение(3)). В этом случае несколько линии объединяются в набор из 2, 4, 5, 8 линии. Сравнение тегов (со значением старших разрядов) производится только для линий, входящих в набор.

Проблема выбора блока кэш-памяти для замещения при промахе. Кэш с прямым отображением: в случае промаха, замещается только тот блок, который проверялся на попадание. В ассоциативном: 1)случайный, 2)LRU-замещается самый старый (дорого).

Сквозная запись: При каждом запросе к основной памяти, в том числе и при записи, просматривается кэш. Если данные по запрашиваемому адресу отсутствуют, то запись выполняется только в основную память. Если же данные, к которым выполняется обращение, находятся в кэше, то запись выполняется одновременно в кэш и основную память. Модификацией метода сквозной записи является буферизованная сквозная запись при которой данные при записи сначала попадают в быстрый буфер, а затем асинхронно в основную память.

Обратная запись: при возникновении запроса к памяти выполняется просмотр кэша, и если запрашиваемых данных там нет, то запись выполняется только в основную память. В противном же случае запись производится только в кэш-память, при этом в описателе данных делается специальная отметка (признак модификации), которая указывает на то, что при вытеснении этих данных из кэша необходимо переписать их в основную память, чтобы актуализировать устаревшее содержимое основной памяти.