12.Статическая память, ее разновидности. Кэш-память. Первичный и вторичный кэш.

Существует тип памяти, совершенно отличный от других, — статическая оперативная па-

мять (Static RAM — SRAM). Она названа так потому, что, в отличие от динамической оперативной памяти (DRAM), для сохранения ее содержимого не требуется периодической регенерации. Но это не единственное ее преимущество. SRAM имеет более высокое быстродействие, чем динамическая оперативная память, и может работать на той же частоте, что и современные процессоры.

Статическая память работает в статическом режиме, может хранить информацию долго, не требуя регенерации. Ячейка этой памяти имеет два состояния: 1 или 0. При выключении все ячейки принимают нуль. Ячейка памяти называется триггер, она состоит из четырех, шести транзисторов и некоторых других компонентов. Называется статическая память SRAM, данная память дороже, чем динамическая. Данная память устанавливается в корпуса DIP и занимает много места на материнской плате. Из-за различия электрического и технического характера модули SRAM и DRAM невзаимозаменяемые. Время доступа к статической памяти 15нсек и меньше.

Статическая память не может использоваться как основная для ООП, т.к.:

1) плотность упаковки данных у SRAM ниже, чем у DRAM;

2) SRAM имеет повышенное тепловыделение;

3) SRAM имеет повышенное энергопотребление;

4) SRAM имеет выше стоимость единицы хранения информации.

Для кэш-памяти используются микросхемы SRAM. Кэш является дополнительным быстродействующим хранилищем копий блоков ООП, к которым было обращение в ближайшее время. Кэш хранит ограниченное количество копий и каталог-список, их текущего соответствия области ООП.

Кэшируется не вся память доступная процессору, а кэшируется динамическая память, расположенная на системной плате (память, расположенная на адаптерах не кэшируется). В основном используется двухуровневый кэш: первичный и вторичный.

Первичный установлен на плате процессоров (начиная с 486), его объем от 8 до 64кб, он работает на внутренней частоте процессора (с периферийными устройствами процессор работает в 2-3 раза медленнее).

Вторичный кэш расположен на системной плате, имеет объем от 256кб до 2Мб. Работает на внешней тактовой частоте процессора.

Кэш-контроллер обеспечивает когерентность данных, т.е. согласует кэш память обоих уровней с данными ООП. Обращение к этим данным может выполнять не только процессор, но и активные адаптеры, подключенные к шине. Контроллер кэша оперирует строками, фиксированной длины, строка может быть действительной (т.е. отражает блок ООП) и недействительной (пустой).

Тег – информация о том, какой блок находится в строке. Тег хранится в специальной памяти тегов. Каждая строка начинается с тега. При записи информации контроллера кэш существует две политики:

- сквозная WT;

- обратная WB.

Алгоритм WT выполняет каждую запись одновременно и в кэш, и в ООП, процессору надо ждать длинную запись в ООП. Алгоритм прост, но имеет низкую эффективность.

Алгоритм WВ уменьшает количество операций записи на шине ООП. В основную память данные записываются только целой строкой и перед ее заменой в кэше новыми данными. Информация в кэше помечается как «грязная» (т.е. не записывается в ООП). Данный алгоритм сложнее, но эффективнее.

В зависимости от способа взаимодействия кэша и ООП существует три основные архитектуры кэша:

1) кэш прямого отображения;

2) полностью ассоциативный кэш;

3) наборно-ассоциативный кэш.