Принцип работы кэш памяти.
Когда процессор пытается прочитать слово расположенное в основной памяти (ПЗУ), он сначала осуществляет поиск его копии в кэш памяти. Если копия существует, обращение к основной памяти не происходит, иначе требуемое слово передается процессору из основной памяти причем при этом параллельно с этим в кэш пересылается блок данных содержащих это слово. Попадание кэш-памяти (когда слово в ней находится) (успешное к нему обращение) (him), если слово в ней не находится (miss).
ОП – основная память
Основная память разбивается на блоки фиксированной длины (размер 1 блока равен k слов). Кэш-память представляет собой совокупность строк, количество которых много меньше чем количество блоков намного меньше чем m – C << M. Строка состоит из 2 полей: поле теге и поля данных. Тег (признак) – служебная информация (как связана кэш-память с основной памятью). Размер поля данных полностью совпадает с размером блока.
Факторы влияющие на эффективность кэш-памяти.
Количество уровней кэш.
Емкость кэш.
Размер строки.
Способ отображения основной памяти на кэш-памяти.
Алгоритм замещения информации заполненной кэш-памяти.
Алгоритм согласования содержимого основной памяти и кэш-памяти.
Емкость кэш. Объем кэш-памяти должен быть достаточно мал (стоимость должна быть близка к основной памяти). Объем кэш-памяти должен быть достаточно велик. В связи с тем что вместительный кэш требует большого количества логических схем для адресации памяти, что снижает скорость, чаще выбирают первый путь. Емкость зависит от характера решаемых задач. Установлено, что для большинства задач, наиболее близким к оптимальным, является объем кэш-памяти от 1 до 512 кб.
Размер строки. Должна быть достаточно велика, чтобы была вероятность попадания в нее. По мере увеличения размера строки, соответственно и блоков на которые мы делим всю память, вероятность промахов сначала падает, а потом начинает расти. Большие размеры строк, уменьшают их количество, что приводит к необходимости частой смены строк.
Способ отображения основной памяти на кэш памяти (способ копирования основной памяти в кэш). Должен отвечать требованиям:
Быстрая проверка кэш памяти на наличие в ней требуемой копии, реализуемая экономично (в плане задействованных ресурсов).
Быстрое преобразование адреса блока в адрес строки, реализуемая экономично.
Способ отображения.
Прямое отображение
Не дорогой, и простой
Полностью
ассоциируемое отображение. С одним
блоком памяти может быть связано более
одной строки кэш, те кэшируемый блок
может храниться потенциально в
местах кэш (
-канальная
ассоциативность). Для полностью
ассоциативной памяти
=
количеству строк (
). Адрес основной памяти рассматривается
как состоящий из двух полей: поле тега
и поле слова.
При проверке наличие копии требуемого слова в кэш логика управления должна одновременно проверить теги всех строк на совпадение с полем тега в адресе основной памяти нужного слова, те необходимо осуществить перебор всех строк. Выход моно использовать дорогую ассоциативную память, где осуществляется поиск не по адресу а по содержимому, и возвращается адрес.
Частично отображаемая память (частично ассоциативная). Является нечто средним между рассмотренными выше двумя. Кэш-память разбивается на модули (банки) состоящие из определенного количества строк. Отображение блоков на модули – прямое, а на строки в пределах одного модуля – ассоциативное.
Чаще всего количество
каналов
.