Вопрос 11. Режимы работы кэш-памяти

Кэш-память («Тайник»)

Существует противоречие между быстродействующей, но дорогой статической памятью и худшей по характеристикам, но более дешевой динамической. Компромиссом является использование кэш-памяти. Кэш представляет собой "быструю" статическую память небольшого объема, которая служит для ускорения доступа к полному объему "медленной" динамической памяти.

Основная идея работы кэш-памяти заключается в том, что извлеченные из ОЗУ данные копируются в кэш. Если эти данные потребуются повторно, то уже не надо будет терять время на обращение к ОЗУ - их можно получить из кэш-памяти значительно быстрее. Поскольку объем кэш-памяти существенно меньше объема оперативной памяти, его контроллер следит за тем, какие данные следует сохранять в кэш: удаляется та информация, которая используется реже или совсем не используется.

В современных компьютерах кэш-память обычно реализуется по двухуровневой схеме: первичный кэш встроен внутрь процессора, а вторичный устанавливается на системной плате.

Все преимущества в использовании кэш-памяти относятся к операциям чтении информации. При записи с использованием кэш-памяти возможны различные варианты выполнения операции записи в зависимости от ситуации (кэш-промах или кэш-попадание). Кэш-промах – когда в КЭШ не найдена требуемая запись, КЭШ-попадание наоборот, когда найдена.

При кэш-попадании возможны следующие процедуры записи:

1. Процедура сквозной записи. Запись данных производится в оперативную память и одновременно в строку кэш-памяти.

2. Процедура обратной записи. Запись данных производится только в строки кэш-памяти.

При кэш-промахах возможны следующие процедуры записи:

1. Сквозная запись. При кэш-промахе, размещение новой информации связано с освобождением одной из строк (признанной устаревшей) кэш-памяти.

2. Сквозная запись с размещением (в кэш-памяти). Запись производится в кэш-память и в оперативную память.

Вопрос 12. Структура эвм. Назначение и структура процессора

В большинстве ЭВМ реализованы принципы фон-Неймана в следующем виде:

1. Оперативная память организована как совокупность машинных слов фиксированной длины или разрядности. Например, ПК имеют разрядность 8, 16, 32, 64 бита.

2. Оперативная память образует единое адресное пространство.

3. В оперативной памяти размещаются как данные, так и программы.

4. Команды выполняются в естественной последовательности или ветвлением.

5. Центральный процессор может обращаться к любым адресам в оперативной памяти.

Известны следующие структуры (архитектуры) ЭВМ:

1. Классическая архитектура (типа «звезда»).

2. Иерархическая архитектура (использовалась на машинах третьего поколения).

3. Магистральная структура (все существующие ныне компьютеры).

Любая ЭВМ состоит из центрального устройства (процессор и оперативная память RAM) и внешних устройств (периферия).

Характеристики центрального устройства:

1. Длина машинного слова (разрядность, адресность).

2. Система команд.

3. Объем оперативной памяти.

4. Быстродействие (тактовая частота процессора, цикл записи и считывания из ОП).

Структура процессора:

1. Арифметико-логическое устройство (АЛУ).

2. Система регистров.

3. Схема управления прерываниями.

4. Устройство управления другими узлами.

Оперативная память предназначена для временного хранения данных и программ в процессе выполнения вычислительных и логических операций.