Организация памяти ЭВМ

2015

Кэш процессора. http://iproc.ru/parallel-programming/lection-7/

основные возможности ВМ — ее производительность и сложность решаемых задач,

характеризуемую объемом программ и данных.
Основными системными требованиями, предъявляемыми к памяти являются:
- большой информационный объем;
малое время доступа к данным;
низкая стоимость;
энергонезависимость.
В настоящее время не существуют физические устройства памяти, полностью удовлетворяющие перечисленным системным требованиями, в связи с чем память ВМ реализуется не в виде отдельного устройства, а в виде иерархической многоуровневой системы, представляющей собой совокупность взаимодействующих устройств памяти.

в ВМ, образуют систему памяти.

тем выше стоимость хранения бита;
• чем больше емкость, тем

ниже стоимость хранения бита, но больше время доступа.
При создании системы памяти постоянно приходится решать задачу обеспечения требуемой емкости и высокого быстродействия за приемлемую цену.
Уровни иерархии взаимосвязаны: все данные на одном уровне могут быть также найдены на более низком уровне, и все данные на этом более низком уровне могут быть найдены на следующем нижележащем уровне и т. д.

структуре:
1. Уменьшается соотношение «стоимость/бит».
2. Возрастает емкость.
3. Растет

время доступа.
4. Уменьшается частота обращения к памяти со стороны центрального процессора

ЦП или внешнее по отношению к ЦП.
Кэш служит высокоскоростным

буфером между ЦП и относительно медленной основной памятью.
Идея кэш-памяти основана на прогнозировании наиболее вероятных обращений ЦП к оперативной памяти.
В основу такого подхода положен принцип временной и пространственной локальности программы.

ОП. При современном уровне развития микроэлектроники процессор имеет значительно более

высокое быстродействие по сравнению с быстродействием ОП.
Основным архитектурным способом согласования скоростных характеристик процессора и ОП является кэширование ОП. Под кэшированием понимается использование быстродействующей буферной памяти относительно малого размера, выполненной на элементах памяти статического типа (триггерах), которые имеют более высокое быстродействие по сравнению с динамическими элементами ОП.
В эту буферную память из ОП помещаются копии команд и данных, относящихся к обрабатываемому в данный момент фрагменту программы.
Работа буферной памяти прозрачна для программ, т. е. скрыта от пользователя. По этой причине ее называют кэш-памятью (cache — тайник).

неё нужные данные из оперативной памяти, и возвращает, когда нужно,

модифицированные процессором данные в оперативную память.

данных (собственно сами данные, дублированные из оперативной памяти);
память тегов (признаки,

указывающие на расположение кэшированных данных в оперативной памяти).
По алгоритмам отображения оперативной памяти в кэш выделяют три типа кэш-памяти:
- полностью ассоциативный кэш;
- кэш прямого отображения;
- множественный ассоциативный кэш.

Кэш-память

записи:
- cквозная 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 оперативную память в те циклы, когда ЦП к ней не обращается;
- обратная запись (write back) - используется бит изменения в поле тега, и строка переписывается в оперативную память только в том случае, если бит изменения равен 1.

Кэш-память

Rhit))

где Thit - время доступа к кэш-памяти в случае

попадания (включает время на идентификацию промаха или попадания), Tmiss - время, необходимое на загрузку блока из основной памяти в строку кэша в случае кэш-промаха и последующую доставку запрошенных данных в процессор, Rhit - частота попаданий.

Кэш-память