Целостность данных в системах кэш памяти.

Важнейшей особенностью при использовании кэш памяти является наличие двух копий данных: одной – в кэш, другой – в ОП. Наиболее распространенными являются следующие способы обновления информации:

1)Сквозная запись

2)Буферированная сквозная запись

3)Обратная запись

При сквозной записи при любой операции записи всегда обновляются и ОП и кэш память.

При буферированной сквозной записи при записи данных в кэш они одновременно помещаются в буфер записи. При этом процессор может переходить к выполнению других операций. Организацией перезаписи данных из буфера в ОП занимается контроллер кэша. При отсутствии копии данных в кэш памяти, процессор, как и при сквозной записи, должен выполнить цикл записи в ОП и только по его завершению может продолжить выполнение других операций, то есть такой метод позволяет разгрузить процессор но не шину. Наиболее эффективным методом обновления информации считается метод обратной записи, при реализации которого процессор записывает модифицированные данные только в кэш память. Обновление ОП осуществляется с помощью специально механизма поддержания целостности данных в кэше. Он запускается либо при необходимости отменить распределение строк кэша, например, для распределения новых строк в уже заполненном кэше, либо при передаче данных в другое устройство многопроцессорной системы. В большинстве современных процессоров поддерживается протокол кэш согласования MESI, реализующий метод обратной записи обновляемой информации. Протокол MESI представляет собой набор правил, которые выполняются кэш памятью, процессором и ОП, с помощью этих правил предотвращается использование различных значений одних и тех же данных, которые могут формироваться в разных блоках памяти. В соответствии с протоколом MESI, в циклах чтения записи в памяти каждой строке кэш памяти присваивается одно из 4 состояний:

M (Modified)

E (Exclusive)

S (Shared)

I (Invalid)

При изменении данных в памяти действия кэш контроллера зависят от состояния строки кэш памяти.

21 Понятие cisc и risc архитектур процессоров Понятие cisc и risc архитектур

Не все команды микропроцессора используются одинаково часто. Это свойство явилось предпосылкой для развития микропроцессоров с RISC архитектурой. Сама идея заключалась в упрощении блока управления за счет сокращения списка команд и использования освобождающихся при этом ресурсов кристалла микропроцессора для организации более быстрого исполнения оставшихся команд.

Микропроцессоры с расширенным списком команд относят к CISC архитектуре. Важным достоинством CISC архитектуры является меньшая длина программ.

Основные принципы RISC архитектуры:

1. Одинаковая длина команд – это облегчает их выборку из памяти. В отличии от CISC процессоров RISC процессоры не требуют выборки дополнительных слов команды. Все команды считываются за 1 такт. В современных RISC процессорах длина команды равна 32 бита.

2. Сокращен набор действий над операндами, размещенными в памяти. В RISC процессорах не используются сложные адресные вычисления и множественные ссылки. Простые способы адресации памяти обеспечивают быстрый доступ к операндам в памяти. Обработка данных, реализуемая при выполнении команд RISC, никогда не совмещается с операциями чтения записи, подобно тому как это делается во многих CISC командах. Обмен операндами между памятью и регистрами выполняется специальными командами загрузки и запоминания. Большое число регистров блока РОН позволяет уменьшить число обращений к памяти.

3. Все вычислительные операции выполняются над данными, находящимися только в РОН. Т.к. регистров много, то все скалярные переменные и даже небольшие массивы чаще всего размещаются в регистрах. Арифметические и логические команды являются трехадресными. Формат этих команд включает подоперации и адреса регистров, источников и приемников. Использование простых команд упрощает реализацию их конвейерной обработки. В среднем, команда RISC выполняется за 1 такт.

4. Относительно простые схемы управления. Уменьшение списка команд. Использование команд, реализующих только простые операции. Исключение в командах обработки данных обращений к памяти позволили уменьшить расход ресурсов кристалла на управление. Благодаря этому, большая площадь кристалла выделяется для размещения устройств, обеспечивающих повышение общей производительности процессора, то есть дополнительных конвейеров выполнения команд, большего числа РОН и увеличенный кэш-памяти 1 уровня. Важным достоинством RISC процессора является то, что при одинаковой технологии производства они имеют более высокие частоты работы, чем CISC. Это объясняется тем, что RISC процессоры для реализации своих простых команд требуют меньше аппаратной логики, что, в свою очередь, уменьшает задержки распространения сигналов внутри схем, и, благодаря этому, становится возможным повышение частоты работы.