Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
ответы 2008-2009.doc
Скачиваний:
20
Добавлен:
17.09.2019
Размер:
4.36 Mб
Скачать

60. Ассоциативная память: логическая организация, функционирование

АЗУ

Устройство, способное хранить информацию, сравнивать ее с некоторым заданным образцом и указывать на их соответствие или несоответствие друг другу. Реализует поиск информации не по адресу, а на основании какого-нибудь характерного признака, содержащегося в самой информации.

Ассоциативный признак – признак, по которому производится поиск информации. Может быть частью искомой информации или дополнительно придаваться ей; в этом случае его называют тегом или ярлыком.

Признак поиска – кодовая комбинация, выступающая в роли образца для поиска.

Функционирование:

  1. В регистре маски обнуляются разряды, которые не должны учитываться при поиске информации.

  2. Все разряды регистра совпадений устанавливаются в единичное состояние.

  3. В регистр ассоциативного признака заносится код признак поиска.

  4. В процессе поиска схемы совпадения одновременно сравнивают первый бит всех ячеек запоминающего массива с первым битом признака поиска.

  5. Схемы, которые зафиксировали несовпадение, формируют сигнал, переводящий соответствующий бит регистра совпадений в нулевое состояние.

  6. Процесс поиска повторяется для остальных незамаскированных битов признака поиска.

  7. В итоге единицы сохраняются лишь в тех разрядах регистра совпадений, которые соответствуют ячейкам, где находится искомая информация.

  8. Конфигурация единиц в регистре совпадений используется в качестве адресов, по которым производится считывание из запоминающего массива.

  9. Т.к. результаты поиска могут оказаться неоднозначными, содержимое регистра совпадений подается на комбинационную схему, где формируются сигналы, извещающие о том, что искомая информация:

    1. α0 – не найдена;

    2. α1 – содержится в одной ячейке;

    3. α2 – содержится более чем в одной ячейке.

Формирование содержимого регистра совпадений и сигналов α0, α1, α2 носит название операции контроля ассоциации. Она является составной частью операций считывания и записи, хотя может иметь и самостоятельное значение.

61 Кэш-память компьютера: общий принцип функционирования, логическая организация.

Определение. Кэш — это память с большей скоростью доступа, предназначенная для ускорения обращения к данным, содержащимся в памяти с меньшей скоростью доступа.

Логическая организация. Кэш состоит из набора записей. Каждая запись ассоциирована с элементом данных или блоком данных (небольшой части данных), которая является копией элемента данных в основной памяти. Каждая запись имеет идентификатор, определяющий соответствие между элементами данных в кэше и их копиями в основной памяти.

Общий принцип функционирования. Когда клиент кэша обращается к данным, прежде всего исследуется кэш. Если в кэше найдена запись с идентификатором, совпадающим с идентификатором затребованного элемента данных, то используются элементы данных в кэше. Такой случай называется попаданием кэша. Если в кэше не найдено записей, содержащих затребованный элемент данных, то он читается из основной памяти в кэш, и становятся доступным для последующих обращений. Такой случай называется промахом кэша. Процент обращений к кэшу, когда в нём найден результат, называется уровнем попаданий или коэффициентом попаданий в кэш.

Если кэш ограничен в объёме, то при промахе может быть принято решение отбросить некоторую запись для освобождения пространства. Для выбора отбрасываемой записи используются различные алгоритмы вытеснения.

При модификации элементов данных в кэше выполняется их обновление в основной памяти. Задержка во времени между модификацией данных в кэше и обновлением основной памяти управляется так называемой политикой записи.

В кэше с немедленной записью каждое изменение вызывает синхронное обновление данных в основной памяти.

В кэше с отложенной записью (или обратной записью) обновление происходит в случае вытеснения элемента данных, периодически или по запросу клиента. Для отслеживания модифицированных элементов данных записи кэша хранят признак модификации (изменённый или «грязный»). Промах в кэше с отложенной записью может потребовать два обращения к основной памяти: первое для записи заменяемых данных из кэша, второе для чтения необходимого элемента данных.

В случае, если данные в основной памяти могут быть изменены независимо от кэша, то запись кэша может стать неактуальной. Протоколы взаимодействия между кэшами, которые сохраняют согласованность данных, называют протоколами когерентности кэша.

62 Кэш-память компьютера: характеристики, критерии эффективности.

Основными характеристиками для кэш памяти являются

Размер блока (строки)

4-128 байт

Время попадания (hit time)

1-4 такта синхронизации (обычно 1 такт)

Потери при промахе

8-32 такта синхронизации (2-22 такта синхронизации)

Среднее время доступа

c + (1 – h)m, где с – время доступа к кэш-памяти, m – время доступа к основной памяти, h – коэффициент попаданий.

Доля промахов (miss rate)

1 – h, h – коэффициент попаданий

Коэффициент попаданий (hit ratio)

h = (k - 1)/k, где k – кол-во считываний(записи) слова.

Размер кэш-памяти

4 Кбайт - 16 Мбайт

Если h -> 1, то есть все обращения делаются только к кэш-памяти, то время

доступа стремится к с. С другой стороны, если h —> 0, то есть каждый раз нужно обращаться к основной памяти, то время доступа стремится к с + m: сначала требуется время с для проверки кэш-памяти (в данном случае безуспешной), а затем — время m для обращения к основной памяти.

Степень ассоциативности

Одна из фундаментальных характеристик кэш-памяти — уровень ассоциативности — отображает её логическую сегментацию. Дело в том, что последовательный перебор всех строк кэша в поисках необходимых данных потребовал бы десятков тактов и свёл бы на нет весь выигрыш от использования встроенной в ЦП памяти. Поэтому ячейки ОЗУ жёстко привязываются к строкам кэш-памяти (в каждой строке могут быть данные из фиксированного набора адресов), что значительно сокращает время поиска. С каждой ячейкой ОЗУ может быть связано более одной строки кэш-памяти: например, n-канальная ассоциативность (англ. n-way set associative) обозначает, что информация по некоторому адресу оперативной памяти может храниться в n местах кэш-памяти.При одинаковом объеме кэша схема с большей ассоциативностью будет наименее быстрой, но наиболее эффективной.