
- •Память Архитектура памяти.
- •Классификация и физическая организация микросхем памяти, области их применения.
- •Постоянная память
- •Р исунок 4. Пример масочной пзу.
- •Оперативная память
- •Технологии системной памяти. Классическая память dram.
- •Р исунок 6. Структурная схема динамической памяти.
- •Память fpm.
- •Память edo dram.
- •Многобанковая организация памяти
- •Технологии синхронной памяти.
- •Память sdram.
- •Память ddr sdram
- •Память Direct Rambus dram.
- •Р исунок 13. Структура подсистемы памяти Direct Rambus dram.
- •Конструктивные исполнения памяти dram (модули памяти)
- •Адресация памяти в реальном режиме. Логический и физический адреса.
- •Сегментная адресация в реальном режиме.
- •Р исунок 18. Вычисление физического адреса в реальном режиме.
- •Область верхней памяти (hma)
- •Логическое распределение оперативной памяти в реальном режиме.
- •Р исунок 20. Логическая организация памяти. Стандартная память
- •Верхний блок памяти
- •Дополнительная память (ems)
- •Расширенная память (Extended память, xms)
- •Адресация памяти в защищенном режиме работы процессора
- •Разделение адресного пространства на сегменты (сегментация)
- •Механизм страничной памяти.
- •Кэширование данных. Иерархия запоминающих устройств.
- •Р исунок 27. Иерархия запоминающих устройств
- •Р исунок 28. Схема функционирования кэш-памяти
- •Способы отображения основной памяти на кэш (архитектура кэш-памяти).
- •Полностью ассоциативная кэш - память.
- •Р исунок 29. Полностью ассоциативный кэш.
- •Наборно - ассоциативная кэш - память.
- •Р исунок 30. Наборно ассоциативный кэш.
- •Проблема выбора блока кэш-памяти для замещения при промахе
- •Проблема согласования данных
- •Р исунок 31. Сквозная запись.
- •Р исунок 31. Модифицированная сквозная запись
- •Р исунок 32. Обратная запись. Список терминов.
Кэширование данных. Иерархия запоминающих устройств.
Память вычислительной машины представляет собой иерархию запоминающих устройств (ЗУ), отличающихся средним временем доступа к данным, объемом и стоимостью хранения одного бита (рисунок 27). Фундаментом этой пирамиды запоминающих устройств служит внешняя память, как правило, представляемая жестким диском (HDD). Она имеет большой объем (десятки и сотни гигабайт), но скорость доступа к данным является невысокой. Время доступа к диску измеряется миллисекундами.
На следующем уровне располагается более быстродействующая и менее объемная (от десятков мегабайт до нескольких гигабайт) оперативная память (время доступа 10-60наносекунд) реализуемая на относительно медленной динамической памяти DRAM.
Для хранения данных, к которым необходимо обеспечить быстрый доступ, используются компактные быстродействующие запоминающие устройства на основе статической памяти SRAM, объем которых составляет от нескольких десятков до нескольких сотен килобайт, а время доступа к данным обычно не превышает 8 нc.
И наконец, верхушку в этой пирамиде составляют внутренние регистры процессора, которые также могут быть использованы для промежуточного хранения данных. Общий объем регистров составляет несколько десятков байт, а время доступа определяется быстродействием процессора и равно в настоящее время примерно 2-3 нc.
Р исунок 27. Иерархия запоминающих устройств
Таким образом, можно констатировать закономерность — чем больше объем устройства, тем менее быстродействующим оно является. Более того, стоимость хранения данных в расчете на один бит также увеличивается с ростом быстродействия устройств. Однако пользователю хотелось бы иметь и недорогую, и быструю память. Кэш-память представляет некоторое компромиссное решение этой проблемы.
Кэш-память.
Кэш-память, или просто кэш (cache) — это способ совместного функционирования двух типов запоминающих устройств, отличающихся временем доступа и стоимостью хранения данных, который за счет динамического копирования в «быстрое» ЗУ наиболее часто используемой информации из «медленного» ЗУ позволяет, с одной стороны, уменьшить среднее время доступа к данным, а с другой стороны, экономить более дорогую быстродействующую память.
Кэш-памятью, или кэшем, часто называют не только способ организации работы двух типов запоминающих устройств, но и одно из устройств — «быстрое» ЗУ.
Оно стоит дороже и, как правило, имеет сравнительно небольшой объем. «Медленное» ЗУ далее будем называть основной памятью, противопоставляя ее вспомогательной кэш-памяти.
Неотъемлемым свойством кэш-памяти является ее прозрачность (незаметность) для программ и пользователей. Система не требует никакой внешней информации об интенсивности использования данных; ни пользователи, ни программы не принимают никакого участия в перемещении данных из ЗУ одного типа в ЗУ другого типа, все это делается автоматически системными средствами.
Кэширование — это универсальный метод, пригодный для ускорения доступа к оперативной памяти, к диску и к другим видам запоминающих устройств.
Содержимое кэш-памяти представляет собой совокупность записей обо всех загруженных в нее элементах данных из основной памяти.
При каждом обращении к основной памяти по физическому адресу просматривается содержимое кэш-памяти с целью определения, не находятся ли там нужные данные. Далее возможен один из двух вариантов развития событий (см. рис. 28):
-
если данные обнаруживаются в кэш-памяти, то есть произошло кэш-попадание (cache-hit), они считываются из нее и результат передается источнику запроса;
-
если нужные данные отсутствуют в кэш-памяти, то есть произошел кэш-промах (cache-miss), они считываются из основной памяти, передаются источнику запроса и одновременно с этим копируются в кэш-память.