Билет №14. Организация памяти первого уровня.

Память первого уровня – сверхоперативная память. Исторически первым буфером данных в виде сверхоперативной памяти был и является регистры данных. Второй вариант организации буфера – использование кэш-памяти. Кэш-буфер используется как для хранения команд, так и хранения данных. Кэш скрыт от программиста, это обеспечивается специальным механизмом, который обеспечивает автоматический аппаратно-управляемый обмен между ОП и кэш-памятью. Единицей обмена является строка к кэше длиной в тысячу слов. Более крупная единица сокращает частоту обмена с ОП. Регистры общего назначения организуются на основе на основе запоминающих устройств с адресной организацией памяти. Кэш – запоминающее устройство – безадресной организации, с ассоциативной организацией.

Особенности кэш-памяти

1. Способ хранения данных – эксклюзивный и инклюзивный кэш. Инклюзивный – кэш, который хранит данные кэш нижнего уровня внутри кэш верхнего уровня. Эксклюзивный используется в основном в процессора AMD, общий объём кэш, который складывается из кэш каждого уровня.

2. Кэш-контроллер обязан обеспечить когерентность, т.е. согласованность данных в кэш-памяти и основной памяти.

3. Кэширование ячеек основной памяти при чтении и запись в основную память напрямую.

4. Сквозная запись с буферизацией. Записываемые данные попадают в специальный буфер, где они накапливаются и потом общим массивом записываются в ОП.

5. Алгоритм обратной политики записи. Суть: с каждой ячейкой кэш-памяти связывается флаг, если кэшируемая ячейка модифицировалась, то флаг устанавливается в состояние dirty и когда периферийное устройство обращается к памяти, флаг проверяется и данные по необходимости загружаются в ОП.

6. Механизм освобождения кэш. Кэш-память быстро оказывается полностью заполненной и необходим обратный процесс очистки: 1) *, 2)замена блока, который не использовался дольше всех 

Билет №15. Организация адресных(сверхоперативных) запоминающих устройств.

Основной недостаток – это сложная схема селекции.

Такая схема селекции характерна для ROM, где m~3,4

Билет №16. Запоминающие устройства с ассоциативной организацией.

Ассоциативные относятся к безадресной памяти. Доступ к ячейкам памяти осуществляется по ассоциативным признакам. Поиск информации осуществляется по ассоциативному признаку, который подаётся на вход селектора блока управления поиском. Сравнение ведётся с каждым ассоциативным признаков запоминающей части и при совпадении информация выдаётся на выход запоминающих устройств. Блок управления замещением начинает работать в случае не сравнения и отсутствия свободных ячеек. Основной недостаток – большие затраты на реализацию оборудования для ассоциативного селектора.

В микропроцессорах ассоциативная память (память с выборкой по содержанию ) используются в составе кэш-памяти для хранения адресной части команд и операндов исполняемой программы. При этом нет необходимости обращаться к ОЗУ за следующей командой или требуемым операндом, достаточно поместить в регистр ассоциативного признака необходимый адрес и, если искомая информация имеется в кэш памяти, то она сразу будет выдана. Обращение к оперативной памяти будет необходимо лишь при отсутствии требуемой информации в кэш. За счет такого использования кэш сокращается число обращений к ОЗУ, а это позволяет экономить время, так как обращение к кэш требует приблизительно в 10 раз меньше времени, чем обращение к ОЗУ.