Билет №19

1. Назначение, разновидности и параметры кэш-памяти

Кэш-память является специфической разновидностью оперативной памяти компьютера. Ее появление связано с необходимостью согласования скорости работы сравнительно медленных устройств, каким является ОЗУ, и еще более медленных накопителей на магнитных дисках с очень быстрым центральным процессором. Чтобы ему не приходилось ждать, пока данные будут переданы, кэш-память является своеобразным буфером между этими устройствами и позволяет значительно увеличить скорость обмена данными. Кроме того, кэш хранит программы и данные, которые наиболее часто используются процессором, и оперативно выдает их для обработки, не дожидаясь, когда они будут загружены с медленных накопителей на магнитных дисках.

Физически внешняя кэш-память также реализуется в виде микросхем на платах, которые вставляются в соответствующие слоты на материнской плате. В настоящее время на большинство компьютеров устанавливается кэш-память емкостью 512 Кбайт.

Несмотря на то что время доступа к оперативной памяти все уменьшается, ее все равно недостаточно для работы современных процессоров. Обращаясь к оперативной памяти, процессор вынужден простаивать, ожидая, когда считаются (или запишутся) запрошенные данные.

Исправить положение дел призвана кэш-память (промежуточная память, хранящая наиболее используемые данные). Она работает быстрее самых современных типов оперативной памяти, но и стоит гораздо дороже.

Любой современный процессор содержит в себе небольшую кэш-память первого уровня. Кэш-память память второго уровня до недавнего времени располагалась на материнской плате. Но уже с появления Pentium Pro кэш-память второго уровня находится непосредственно в самом процессоре.

Такой перенос кэш-памяти позволил увеличить скорость ее работы. Действительно, кэш-память работает со скоростью системной шины, если расположена на материнской плате. Если же кэш-память поместить в процессор, она может работать на внутренней частоте процессора (или на половине внутренней частоты).

Все процессоры Pentium, Pentium ММХ; AMD 5x86, К5, Кб, К6-2; Cyrix 6x86, 6х86МХ, M-II содержат только кэш первого уровня, кэш второго уровня находится на материнской плате (стандартные значения — 256, 512 Кбайт, 1 или 2 Мбайт).

В Pentium Pro встроен когерентный (т.е. работающий на внутренней частоте процессора) кэш второго уровня объемом 256 или 512 кбайт.

Pentium II и Pentium III содержат встроенный некогерентный (работающий на половине внутренней частоты процессора) кэш второго уровня объемом 256 (самые первые модели Pentium II) или 512 кбайт. Самые последние модели Pen­tium III (с буквой Е после частоты) имеют встроенный когерентный кэш второго уровня объемом 256 кбайт.

В Pentium II Хеоп и Pentium III Xeon встроен когерентный кэш второго уровня объемом 512 кбайт, 1 или 2 Мбайт.

Компьютеры на основе процессора Celeron вначале вообще не имели кэш-памяти второго уровня. В дальнейшем в Celeron встроили когерентный кэш второго уровня объемом 128 кбайт (что сразу же подняло производительность компьютеров на его основе почти до уровня Pentium II).

Особая ситуация с процессором К6-3 от AMD. Он содержит в себе как кэш первого уровня, так и когерентный кэш второго уровня объемом 256 кбайт, но при этом и на материнской плате расположена кэш-память. Таким образом, компьютеры на основе К6-3 имеют три уровня кэш-памяти.

Новый ^процессор от AMD Athlon имеет встроенный некогерентный кэш второго уровня объемом 512 кбайт.