7.3 Кэширование оперативной памяти

Основная память компьютеров реализуется на относительно медленной дина­мической памяти (DRAM), обращение к ней приводит к простою процессора — появляются такты ожидания (wait states). Статическая память (SRAM), по­строенная, как и процессор, на триггерных ячейках, по своей природе способна догнать современные процессоры по быстродействию и сделать ненужными такты ожидания (или хотя бы сократить их количество). Разумным компро­миссом для построения экономичных и производительных систем явился ие­рархический способ организации оперативной памяти. Идея заключается в сочетании основной памяти большого объема на DRAM с относительно небольшой кэш-памятью на быстродействующих микросхемах SRAM.

В переводе слово «cache» (кэш) означает «тайный склад», «тайник», «заначка». Тайна этого склада заключается в его «прозрачности» — адресуемой области памяти для программы он не добавляет. Кэш является дополнительным быст­родействующим хранилищем копий блоков информации из основной памяти, вероятность обращения к которым в ближайшее время велика. Кэш не может хранить копию всей основной памяти, поскольку его объем во много раз мень­ше объема основной памяти. Он хранит лишь ограниченное количество блоков данных и каталог (cache directory) — список их текущего соответствия облас­тям основной памяти.

При каждом обращении к памяти контроллер кэш-памяти по каталогу проверя­ет, есть ли действительная копия затребованных данных в кэше. Если она там есть, то это случай кэш-попадания (cache hit) и данные берутся из кэш-памяти. Если действительной копии там нет, это случай кэш-промаха (cache miss) и данные берутся из основной памяти.

Лекция 19

Тема 7: Особенности реализации оперативной памяти в компьютерах типа ibm pc

Тема лекции: Организация оперативной памяти

План лекции:

4. Основные характеристики ЗУ

5. Основные принципы работы

4. Основные характеристики зу

Запоминающие устройства (ЗУ), именуемые также устройства­ми памяти, предназначены для хранения данных. Они, в свою оче­редь, включают процессоры, схемы логики, матрицы памяти, схемы контроля данных, дешифраторы, буферы, регистры, электрические и механические компоненты.

Основными характеристиками ЗУ являются:

• емкость памяти, измеряемая в битах либо байтах;

• методы доступа к данным;

• быстродействие (время обращения к устройству);

• надежность работы, характеризуемая зависимостью от окру­жающей среды и колебаний напряжения питания;

• стоимость единицы памяти.

В адресном ОЗУ каждый элемент памяти имеет адрес, соответст­вующий его пространственному расположению в запоминающей среде. Поэтому, обращение к определенному элементу производит­ся в соответствии с кодом его адреса. В ЗУ после приема кода осу­ществляется его дешифрация, после чего следует выборка из эле­мента конкретной группы битов или слов.

В ассоциативном ОЗУ поиск данных происходит по конкретно­му содержимому, независимо от его адреса. Такой поиск информа­ции идет с использованием определенных признаков, например, ключевых слов, которые связаны с искомыми данными. Ассоциа­тивные устройства, хотя и являются более сложными, обеспечивают более быстрый поиск и выбор хранимых данных.