36. Классификация запоминающих устройств.
1. По типу обращения и организации доступа к конкретным ячейкам ЗУ:
ы
2. По способу хранения информации:
статическая память − для сохранения информации в ячейках памяти не требуется внешнего воздействия (ячейки памяти на триггерах, магнитных ячейках);
динамическая память − для сохранения информации нужна циклическая процедура
ее восстановления (ячейки памяти на конденсаторах), более дешевая, чем статическая.
3. По энергозависимости хранения информации:
энергозависимая память − для сохранения информации требуется постоянное
напряжение питания (ячейки памяти на триггерах);
энергозаневисимая память − информации сохраняется даже при отключенном
напряжении питания (магнитная, оптическая, флэш-память).
37. Принципы построения постоянного и оперативного запоминающих устройств.
Лабораторная работа №7
38. Назначение и принципы построения кеш-памяти.
Кэш-память (Cache − «заначка») − статическая быстрая оперативная память со
специальным механизмом записи и считывания, предназначена для хранения информации, наиболее часто используемой при работе процессора; как правило, часть кэш-памяти располагается непосредственно на кристалле микропроцессора (внутренний кэш, или кэш I и II уровня - L1, L2), а часть − вне его (внешний кэш - кэш III
уровня, на серверах).
Кэш хранит команды или данные, которые с большой вероятностью в ближайшее время поступят процессору на обработку. Работа кэш-памяти прозрачна для программного обеспечения, поэтому кэш-память обычно программно недоступна.
Идея кэш-памяти основана на прогнозировании наиболее вероятных обращений ЦП к оперативной памяти. В основу такого подхода положен принцип временной и
пространственной локальности программы: если ЦП обратился к какому-либо объекту
оперативной памяти, с высокой долей вероятности ЦП вскоре снова обратится к этому
объекту. Примером этой ситуации может быть код или данные в циклах. Поэтому часто
используемые объекты оперативной памяти должны быть "ближе" к ЦП (в кэше).
Методы согласования содержимого кэш-памяти и оперативной памяти:
сквозная запись (write through) - одновременно с кэш-памятью обновляется
оперативная память;
буферизованная сквозная запись (buffered write through) - информация
задерживается в кэш-буфере перед записью в оперативную память и переписывается в
ОЗУ в те циклы, когда ЦП к нему не обращается;
обратная запись (write back) - информация переписывается в ОЗУ только в том
случае, если специальный бит изменения равен 1 (в поле тега).
Как правило, все методы записи, кроме сквозной, позволяют для увеличения
производительности откладывать и группировать операции записи в ОЗУ.
Типы блоков данных в кэш-памяти:
память отображения данных - данные, дублированные из ОЗУ, этот блок состоит
из строк фиксированной длины (например_______, 32, 64 или 128 байт);
теги строк - содержит признаки данных ОЗУ, которые отображены в конкретную
строку кэша; расшифровка этого признака производится алгоритмом отображения.
По алгоритмам отображения данных ОЗУ в кэш выделяют три типа кэш-памяти:
полностью ассоциативный кэш;
кэш прямого отображения (одновходовый ассоциативный кэш);
множественный ассоциативный кэш (частично-ассоциативный кэш).
В полностью ассоциативном кэше любой блок ОЗУ помещается в любую свободную
строку кэш-памяти. При этом номер блока ОЗУ сохраняется в теге соответствующей строки. При запросе требуемого блока данных из ОЗУ кэш-контроллером производится поиск этого адреса в тегах. При нахождении фиксируется факт кэш-попадания и данные считываются не из ОЗУ а из найденной строки кэша. Если произошел кэш-промах, то данные считываются из ОЗУ и параллельно записываются в Кеш. Достоинство этого алгоритма- полное заполнение строк кэша; недостаток - сложная аппаратная реализация (схемотехника).
В кэше прямого отображения за каждым блоком данных ОЗУ закреплена строка кэша. Для обращения к КЭШу со стороны достаточно проверить только одну строку кэша.
Достоинство - простота схемной реализации; недостаток – неэффективность использования кэша.
Множественный ассоциативный кэш является компромиссным вариантом между первыми двумя алгоритмами. Здесь строки кэша объединяются в группы по 2, 4, 8 строк. В соответствии с количеством строк в таких группах различают 2-входовый, 4-входовый и т.п. ассоциативный кэш. Каждый блок ОЗУ увязывается с определенной группой кэша, но может быть размещен в любой строке этой группы. Для того чтобы процессор смог идентифицировать кэш-промах, ему надо будет проверить теги лишь одной группы (2/4/8 строк). Именно кэш этого класса используется в современных микропроцессорах.