Кэш память

Предназначена для согласования сравнительно медленной ОП с быстрым МП.

КЭШ – буферная сверхоперативная память небольшого объёма, предназначенная для хранения копий блоков ОП.

КЭШ – тайник, т.е. память скрыта от программиста в том смысле, что он не может её адресовать (нельзя указать адрес ячейки КЭШ – памяти ни в одной команде микропроцессора).

Кэш 1 уровня (cache Level l1)

Находится в процессоре (начиная с i486+) Объём 8 КБ - 64КБ

Для повышения производительности cache используется гарвардская архитектура, для хранения команд и данных используются разные cache.

Принстонская архитектура подразумевает один cacheдля команд и данных.

Сache level 1 работает на внутренней частоте процессора.

Сache level 2 до МПPentium3 находится вне микропроцессора.

Устанавливается в сокеты (кроватки) на системной плате. Распаиваются на системной плате. Устанавливаются на системную плату в слот COAST(cacheOnASTICK), на картридже МПPentiumII,Celeron. Объём cache level 2 64 КБ- 512 КБ.

Сache level 3 находится в МП Pentium IV Extreme Editor +. Ее объём 2 МБ – 12 МБайт.

Когда МП обращается за командой или данными к ОП контроллер КЭШ перехватывает это обращение и проверяет наличие требуемой информации в КЭШ. Если необходимая информация находится там, то она быстро извлекается - это называется КЭШ-попадание.

Если необходимая информация в КЭШ отсутствует, то обращение осуществляется к ОП, из которой пакетными циклами считывается блок информации, который размещается в КЭШ и необходимая информация передается МП. Это - КЭШ промах.

Высокий процент КЭШ – попаданий обеспечивается благодаря тому, что в большинстве случаев МП обращается к ячейкам памяти, расположенным вблизи от ранее использованных.

КЭШ память состоит из строк фиксированной длины. Размер строки равен шине данных МП умноженной на величину стандартного пакетного цикла (4 передачи)

Строка хранит копию блока ОП, с каждой строкой КЭШ связана информация об адресе скопированного в неё блока (Тэг – «Таg»). Это информация хранится в связанной с данной строкой ячейке памяти тегов (TagRAM).

Архитектура Cache – памяти

В зависимости от способа определения взаимного соответствия строки КЭШ и области ОП различают:

- КЭШ прямого отображения;

- наборно –ассоциативный КЭШ;

- ассоциативный КЭШ.

В КЭШ прямого отображения каждый блок оперативной памяти может копироваться только в одну строку КЭШ.

В наборно – ассоциативном КЭШ строки объединяются в наборы, например, набор КЭШ первого уровня микропроцессора Pentiumсостоит из двух строк. Блок ОП может копироваться в одну из строк набора.

В ассоциативном КЭШ блок ОП может копироваться в любую строку КЭШ.

Алгоритмы кэширования

Определяют эффективность использования КЭШ.

Существует два вида КЭШ:

1. WRITETrougth(WT) - КЭШ со сквозной записью;

2. WRITEBack(WB) - КЭШ с обратной записью.

КЭШ со сквозной записью (WT)

Если МП выполняет запись данных, то данные записываются в ОП и в случае КЭШ - попадания еще и в КЭШ.

Недостаток: МП вынужден ожидать окончания записи в ОП.

КЭШ с отложенной записью (WВ)

Запись данных происходит в КЭШ память, если там присутствует адрес приёмника. В случае КЭШ – промаха информация записывается непосредственно в ОП.

Обновление информации в ОП выполняется только при определении условиях:

- когда какое – либо устройство через канал прямого доступа к памяти запрашивает не обновленные данные в ОП;

- когда строка КЭШ потребовалась для записи в неё других данных.

Типы данных (Изучить только ЦЕЛЫЕ ДАННЫЕ СО ЗНАКОМ)

Целые данные.

Прямой код.

Структура целых данных со знаком. Разрядная сетка 8 бит.

7	6	5	4	3	2	1	0
знак числа (ЗН)	Модуль числа

Цифровые разряды прямого кода содержат модуль представляемого числа, а в знаковом разряде (старший бит № 7) указывается 0, для положительных чисел и 1 для отрицательных чисел, т.е. «+» кодируется 0; « – » кодируется 1.

Например, число +18_{10 =} +10010₂

ЗН	64	32	16	8	4	2	1	Весовые коэффициенты
7	6	5	4	3	2	1	0	Номера разрядов
0	0	0	1	0	0	1	0	Число в двоичной СС

число -18₁₀= - 10010₂

ЗН	64	32	16	8	4	2	1	Весовые коэффициенты
7	6	5	4	3	2	1	0	Номера разрядов
1	0	0	1	0	0	1	0	Число в двоичной СС

При сложении в прямом коде чисел с разными знаками, для определения знака суммы приходится определять большее по модулю число, поэтому этот код не используется для представления целых данных со знаком.