4.3.3. Поняття кеш-пам’яті.

Буферна пам’ять (кеш-пам’ять) призначена для підвищення швидкодії процесу звертання до головної пам’яті.

У її структуру входить Масив даних та Довідник. У Масив даних копіюються відповідні блоки головної пам’яті, а їхні адреси заносяться у Довідник. Блок обробки команд процесора звичайно звертається до кеш-пам’яті. Привід сутності у кеш-пам’яті потрібних байтів вони переписуються до неї з головної пам’яті .

При цьому час звертання процесора до пам’яті дорівнює:

t = t + αt ,

a b m

де

tb – час звертання до кеш-пам’яті,

tm – час звертання до головної пам’яті,

α – ймовірність відсутності у кеш-пам’яті потрібної інформації (ймовірність кеш-промаху).

Звичайно tb менше tm на порядок і при достатньому зменшенні α можна досягти t а ≈ t в .

У міру вдосконалення технології збільшується швидкість дії процесора. При цьому скорочується і tb –час звертання до кеш- пам’яті. Однак, у зв’язку з постійно зростаючим об’ємом головної пам’яті, час звертання до головної пам’яті зменшити важко, і тому різниця між tb і tm збільшується, що веде до зниження ефективності кеш-пам’яті. Цю тенденцію можна подолати за рахунок використання двохрівневої кеш-пам’яті.

4.3.4 Система управління кеш-пам’яттю.

Головна та кеш-пам’яті розбиваються на блоки, у ході звертання процесору до пам’яті виконується порівняння потрібних адрес з адресами, які знаходяться у довіднику кеш-пам’яті. При наявності у довіднику потрібного блоку (кеш-попадання) виконується вибірка інформації з кеш-пам’яті. З метою спрощення механізму порівняння адрес запропоновані різні способи організації взаємодії головної та кеш-пам’яті. З них найбільш типовим є спосіб асоціативної обробки адрес.

У цій системі головна та кеш пам’яті розділяються на кілька наборів блоків; розміщення блоків відбувається у межах відповідних наборів. Значення поля, що визначає адресу набору, відправляється в довідник і вміст довідника по цій адресі порівнюється зі старшими розрядами адреси. Їх збіг означає наявність указаних блоків у відповідній частині масива даних кеш-пам’яті. Вибір у кеш-пам’яті блоків, які можуть бути замінені на ті, що поступають, виконується за допомогою стратегій LRU (Least Recently Used – той, що довше всіх не використовувався), FIFO (First In First Out) та інших.

Найбільш раціональною є стратегія LRU, у відповідності з якою з кеш-пам’яті видаляється блок, останнє звертання до якого мало місце раніше, ніж до інших блоків.

Запис даних у кеш-пам’ять та головну пам’ять виконується одним з наступних способів:

− наскрізний запис (write through);

− запис з перекачкою (Swap або Store in, write back).

У відповідності з першим способом блок, що записується у кеш-пам’ять одночасно записується у головну пам’ять, у результаті чого вміст одноіменних блоків на обох рівнях пам’яті звичайно є однаковим. При використанні другого способу блок, що записується у кеш, у головну пам’ять не заноситься. При підкачці кеша, коли об’єктом заміни стає блок, вміст якого у кеші оновлювався, дані цього блоку передаються у головну пам’ять.

Лекція №15

4.4 Тема Віртуальна пам'ять

План

1. Поняття віртуальної пам'яті.

2. Проблеми реалізації віртуальної пам'яті.

3. Логічна і фізична адресація пам'яті.

4. Підхід базового і межового регістрів.

Мета: Вивчити поняття та проблеми реалізації віртуальної пам'яті, логічну і фізичну адресація пам'яті.