40. Кэш. Цели и задачи. Способы замещения данных.

Кэш - высокоскоростное запоминающее устройство небольшой емкости для временного хранения данных, более шустрое, чем основная память, но не адресуемое непосредственно и невидимо для программиста.

Цели и задачи КЭШа: обеспечение быстрого доступа к интенсивно используемым данным; согласование интерфейсов процессора и контроллера памяти; упреждающая загрузка данных; отложенная запись данных.

Обеспечение быстрого доступа к интенсивно используемым данным.

Архитектурно кэш расположен между процессором и основной оперативной памятью. Поэтому, чтоб не терять производительность при чтении ОЗУ, в КЭШе хранятся часто используемые данные.

Согласование интерфейсов процессора и контроллера памяти.

«Ячейка памяти» в понятии современных процессоров представляет собой как правило байт. А минимальной порцией обмена с физической оперативной памятью является пакет, состоящий по меньшей мере из четырех 64 разрядных ячеек. Получив пакет данных из оперативки, кэш позволяет процессору обрабатывать эти данные с любой разрядностью.

Упреждающая загрузка данных.

В КЭШ данные можно записывать по-разному.

• Загрузка по требованию (простейший метод), предписывает обращаться к основной памяти только после того, как затребованных процессором данные не окажется в кэше (то есть, попросту говоря, после возникновения кэш-промаха). Плюс метода: в кэш попадают действительно нужные данные. Минус метода: при первом обращении к ячейке, процессору придется очень долго ждать, около 20 тактов системной шины.

• Опережающая загрузка. Предположив, что данные из ОЗУ обрабатываются последовательно в порядке возрастания адресов, кэш-контроллер, перехватив запрос на чтение первой ячейки, в порядке собственной инициативы загружает некоторое количество ячеек, последующих за ней. Если данные действительно обрабатываются последовательно, то остальные запросы процессора будут выполнены практически мгновенно

• Интеллектуальная загрузка. На основе КЭШ-промахов КЭШ-контроллер угадывает зависимость запроса данных и по ней загружает КЭШ заранее.

Отложенная запись данных. Можно накапливать данные в КЭШе пока он не заполнится, а потом разом записать содержимое в память. Это ликвидирует задержки и значительно увеличивает производительность подсистемы памяти.

Стратегия замещения - Поиск наименее нужных данных. Типы стратегий: Можно принимать решение, основываясь на количестве обращений к каждой порции данных (частотный анализ); можно – на времени последнего обращения, выбрав ту, к которой дольше всего не обращались (алгоритм LRU – Least RecentlyUsed); можно – на времени загрузки из основной памяти, вытеснив ту, которая была загружена раньше всех (алгоритм FIFO – First Input First Output); а можно так: на кого судьба ляжет – ту и вытеснять.

41)Организация кластера эвм. Преимущества кластерной организации многомашинного комплекса

42)Триггер. Таблица истинности. Одно и двухпортовая ячейка статической памяти.