4. Обновление информации

Каждый раз, когда микропроцессору требуется информация, отсутствующая в кэше (cache-miss), он вынужден обращаться че­рез системную шину к основной оперативной памяти. После этого обычно решается, должна ли происходить замена строки в кэш­памяти и какая конкретно строка кэша будет заменена. В подав­ляющем большинстве случаев об этом заботится встроенный в контроллер LRU-алгоритм (Last Recently Used), который обнов­ляет именно ту строку кэша, которая используется менее интен­сивно.

5. Кэш в процессорах с умножением частоты

Особое значение кэш-память имеет для микропроцессоров, ко­торые работают с умножением внешней тактовой частоты. Как из­вестно, эти микропроцессоры обеспечивают новую технологию, при которой скорость работы внутренних блоков микропроцессора в два или более раз выше скорости остальной части системы. Тем самым появилась возможность объединения высокой производи­тельности микропроцессора с высокой внутренней тактовой часто­той (до 100 МГц и выше) и эффективной по стоимости системной платой компьютера. Внутренние функциональные узлы подобных микропроцессоров — математический сопроцессор (если есть), кэш, устройство управления памятью, арифметико-логическое устройст­во — используют умноженную тактовую частоту, в то время как ос­тальные элементы системной платы — системная и внешняя кэш­память, вспомогательные микросхемы — работают с обычной ско­ростью. Это позволяет увеличить производительность всей систе­мы, как правило, за счет хранения части данных и выполняемых кодов программ именно во внутренней кэш-памяти.

Хотя процессоры уровня 486-х и выше имеют внутреннюю кэш­память, так называемую кэш-память первого уровня (Level I, LI), все системные платы предусматривают установку и внешней (вто­рого уровня, L2) кэш-памяти до 256 Кбайт для 486-х систем и от 512 Кбайт для систем на основе Pentium. В качестве такой кэш­памяти обычно используются микросхемы статического ОЗУ (SRAM) с временем доступа 15—20 нc. Благодаря наличию внеш­ней кэш-памяти работа динамической памяти с 1—2 циклами ожидания не приводит к заметному понижению производитель­ности, и практически во всех платах можно применять модули с временем выборки 70 нc.

Системные платы на основе процессоров Pentium могут ис­пользовать синхронную пакетную (synchronous burst) или кон­вейерную пакетную (pipelined burst) кэш-память, выполненную, разумеется, на элементах статической памяти. Пакетная SRAM-память отличается от обычной асинхронной тем, что для нее дос­таточно только первого адреса строки данных, так как все ос­тальные получаются автоувеличением базового адреса по такто­вым сигналам. В конвейерной же памяти плюс к этому для хра­нения пакета выбранных данных используются регистры-"защел­ки", за счет чего основная матрица памяти микросхемы может быть менее быстродействующей, нежели в случае стандартной пакетной SRAM. Это обуславливает, разумеется, и стоимость са­мой памяти.

Микросхемы для кэш-памяти выполнены обычно в корпусах типа DIP или SOP, которые либо устанавливаются в соответст­вующие DIP-панельки, либо распаиваются непосредственно на системной плате. Синхронная кэш-память может поставляться в виде специальных модулей COAST, которые внешне очень напо­минают обычные SIMM-модули и устанавливаются в специаль­ный разъем на системной плате. Заметим, кстати, что при ис­пользовании синхронной памяти быстродействие компьютера может возрасти примерно на 10—15%.