5. Архитектура памяти.

1. Принципы кэширования.

Память реализуется на относительно медленной динамической памяти DRAM, обращение к которой может приводить к появлению тактов ожидания (wait states). Компромиссом для построения экономически производственных систем является иерархический способ организации оперативной памяти.

Статическая память – это Кэш память (тайный склад). Для программ процесс кэширования является прозрачным. Кэш – это дополнительная быстродействующая память, хранящая копии блоков информации из основной памяти, вероятность обращения к которым достаточно велика. Кэшировать может не вся память доступная процессору. При обращении к Кэш памяти контроллер по каталогу проверяет присутствует ли действительная копия данных в КЭШе (valid - действительность).

Если данные присутствуют, то такой случай называют кэш попадание (cache hit), если данных нет – КЭШ промах (cache miss). В соответствии с алгоритмом кэширования блок данных из основной памяти замещает один блок кэш памяти. От такого алгоритма замещения зависит процесс кэш попаданий и следовательно эффект кэширования.

В современной системе используется 3 типа архитектуры Кэш памяти:

1. Кэш прямого отображения

2. Наборно-ассоциативный кэш

3. Полностью ассоциативный кэш

Уровни кэш памяти:

• 1L – встраивается в процессор

• 2L – является внешним

• 3L – располагается на системной плате.

Кэш контроллер должен обеспечивать когерентность или согласованность данных кэш всех уровней с данными основной памяти.

Существует 2 политики записи из кэш памяти в основную:

1. Сквозная запись (write through) – выполнение каждой операции записи одновременно и в Кэш и в основную память.

«+»: простая реализация, легко обеспечивает целостность данных, не нужно хранить признаки действительности и модифицированности.

Признак модифицированности указывает на то, что данные требуют выгрузки в основную память, строка отмеченная как грязная «dirty». Копия есть отмеченная как чистая «clear».

«-»: низкая эффективность, т.к. процессору приходится ждать записи в основную память.

Существуют варианты этого алгоритма с применением «отложенной буферированной записи» (данные в основную память переписываются через FIFO буфер во время свободных тактов шины).

2. Обратная запись (write back) – данные из кэш в основную память записываются только после заполнения кэш памяти.

«+»: уменьшается количество операций записи на шине основной памяти эффективный алгоритм.

«-»: более сложная реализация, поддержка системной платой кэширования с обратной записью требует обработки дополнительных интерфейсных сигналов для обработки признака модифицированной строки, если к этим данным обращаются другие процессоры, графические адаптеры и другие.

В пространстве памяти имеются области, в которых кэширование принципиально недопустимо (неразделяемая память адаптеров). Аппаратно внешние схемы могут управлять кэшированием для каждого конкретного адреса обращения физической памяти.