3. Методы обновления строк основной памяти и кэша

В табл. 4.1 приведены условия сохранения и обновления информации в ячейках кэш-памяти и основной памяти.

Если процессор намерен получить информацию из некоторой ячейки основной памяти, а копия содержимого этой ячейки уже имеется в кэш-памяти (первая строка табл. 4.1.), то вместо оригинала считывается копия. Информация в кэш-памяти и основной памяти не изменяется. Если копии нет, то производится обращение к основной памяти. Полученная информация пересылается в процессор и попутно запоминается в кэш-памяти. Чтение информации в отсутствии копии отражено во второй строке таблицы. Информация в основной памяти не изменяется.

При записи существует несколько методов обновления старой информации. Эти методы называются стратегией обновления срок основной памяти. Если результат обновления строк кэш-памяти не возвращается в основную память, то содержимое основной памяти становится неадекватным вычислительному процессу. Чтобы избежать этого, предусмотрены методы обновления основной памяти, которые можно разделить на две большие группы: метод сквозной записи и метод обратной записи.

Таблица 4.1

Условия сохранения и обновления информации

Режим работы	Наличие копии ячейки ОП в кэш-памяти	Информация
		В ячейке кэш-памяти	В ячейке основной памяти
Чтение	Копия есть Копии нет	Не изменяется Обновляется (создается копия)	Не изменяется Не изменяется
Сквозная запись	Копия есть Копии нет	Обновляется Не изменяется	Обновляется Обновляется
Обратная запись	Копия есть Копии нет	Обновляется Создается копия Обновляется	Не изменяется Не изменяется

Сквозная запись

По методу сквозной записи обычно обновляется слово, хранящееся в основной памяти. Если в кэш-памяти существует копия этого слова, то она также обновляется. Если же в кэш-памяти отсутствует копия этого слова, то либо из основной памяти в кэш-память пересылается строка, содержащая это слово (метод WTWA – сквозная запись с распределением), либо этого не допускается (метод WTNWA – сквозная запись без распределения). Когда по методу сквозной записи область (строка) в кэш-памяти назначается для хранения другой строки, то в основную память можно не возвращать удаляемый блок, так как копия там есть. Однако в этом случае эффект от использования кэш-памяти отсутствует.

Обратная запись

По методу обратной записи, если адрес объектов, по которым есть запрос обновления, существует в кэш-памяти, то обновляется только кэш-память, а основная память не обновляется. Если адреса объекта обновления нет в кэш-памяти, то в неё из основной памяти пересылается строка, содержащая этот адрес, после чего обновляется только кэш-память. По методу обратной записи в случае замены строк удаляемую строку необходимо также пересылать в основную память. У этого метода существуют две разновидности: метод SWB (простая обратная запись), по которому удаляемая строка возвращается в основную память, и метод FWB (флаговая обратная запись), по которому в основную память записывается только обновлённая строка кэш-памяти. В последнем случае каждая область строки в кэш-памяти снабжается однобитовым флагом, который показывает, было или нет обновление строки, хранящейся в кэш-памяти. Метод FWB обладает достаточной эффективностью, однако более эффективным считается метод FPWB (флаговая регистровая обратная запись), в котором благодаря размещению буфера между кэш-памятью и основной памятью предотвращается конфликт между удалением и выборкой строк.

Таким образом, теоретически более предпочтительным алгоритмом записи для кэша является метод обратной записи. Кэш с обратной записью будет хранить новую информацию до тех пор, пока у него не появится необходимость избавиться от неё. Тем самым процессор может более оперативно управлять системой. В связи с тем, что кэш со сквозной записью сразу же передаёт вновь записанную информацию в память следующего уровня, кэш со сквозной записью может вызывать дополнительные потери в быстродействии по сравнению с кэшем с обратной записью. В случае кэша с обратной записью допускается выполнение длинных последовательностей быстрых операций записи из процессора, поскольку нет необходимости немедленно направлять эти данные в основную память.