Слайд 2
Кэш-память — это высокоскоростная память произвольного доступа, используемая
процессором компьютера для временного хранения информации.
Слайд 3
Кэш-память:
имеет небольшой объем;
размещается непосредственно на процессорном кристалле;
скорость работы
гораздо выше, чем у динамической памяти (модули ОЗУ), но
ниже, чем работают регистры общего назначения (РОН) центрального процессора.
Основное достоинство быстродействие.
Основной недостаток большой физический объем, занимаемый памятью и высокое энергопотребление.
Слайд 4
Система кэш-памяти
AMD на процессоре K6-III (L1 = 64
Kb, L2 = 256 Kb).
кэш первого уровня (L1)
память на
кристалле
кэш второго уровня (L2)
память на материнской плате
Слайд 5
кэш-архитектуры
инклюзивная эксклюзивная
Слайд 6
Инклюзивная кэш-память
Дублирование информации, находящейся в L1 и L2.
Применяется
в тех системах, где разница в объемах кэшей первого
и второго уровня велика.
Например,
Pentium 3 (Coppermine): L1 = 16 Kb,
L2 = 256 Kb;
Pentium 4: L1 = 16 Kb, L2 = 1024 Kb.
Слайд 7
Эксклюзивная кэш-память
Уникальность информации, находящейся в L1 и L2.
Применяется
в системах, где разность между объемами кэшей первого и
второго уровня относительно невелика.
Например,
Athlon XP: L1 = 64 Kb, L2 = 256 Kb.
Слайд 8
Схемы взаимодействия кэш-памяти и основной оперативной памяти
Слайд 9
Кэш-память с прямым отображением
Самый простой вариант взаимодействия кэша
с ОЗУ.
Объем ОЗУ делится на сегменты (страницы), по
объему равные объему всего кэша (например, при объеме кэша 64 Кб и ОЗУ разбивается на страницы по 64 Кб).
При взаимодействии кэша с ОЗУ, одна страница ОЗУ размещается в кэш-памяти, начиная с нулевого адреса (т.е., с самого начала кэша). При повторной операции взаимодействия, следующая страница накладывается поверх существующей - т.е., фактически прежние данные заменяются на текущие.
Слайд 10
Кэш-память с прямым отображением
Достоинства: простая организация массива, минимальное
время поиска.
Недостатки: неэффективное использование всего объема кэш-памяти.
Слайд 11
Наборно-ассоциативная кэш-память
Весь объем кэша делится на несколько равных
сегментов, кратных двойке в целой степени (2, 4, 8).
Например, кэш 64 Кб может быть разделен на:
2 сегмента по 32 Кб каждый;
4 сегмента по 16 Кб каждый;
8 сегментов по 8 Кб каждый.
Pentium 3 и 4 имеют 8-канальную структуру кэша (кэш разбит на 8 сегментов); Athlon Thunderbird - 16-канальную.
При такой организации, ОЗУ делится на страницы, равные по объему одному сегменту кэша (одному кэш-банку). Страница ОЗУ пишется в первый кэш-банк; следующая страница - во второй кэш-банк и т.д., пока все кэш-банки не будут заполнены. Дальнейшая запись информации идет в тот кэш-банк, который не использовался дольше всего (содержит самую "старую" информацию).
Слайд 12
Наборно-ассоциативная кэш-память
Достоинства: повышается эффективность использования всего объема кэша
- чем больше кэш-банков, тем выше эффективность.
Недостатки: более сложная
схема управления работой кэша; дополнительное время на анализ информации.
Слайд 13
Ассоциативная кэш-память
Объем кэш-банка становится равным одной строке кэш-памяти.
При этом любая строка ОЗУ может быть сохранена в
любом месте кэш-памяти.
Запоминающий кэш-массив состоит из строк равной длины. Емкость такой строки равна размеру пакета, считываемого из ОЗУ за 1 цикл (например, Pentium 3 - 32 байта; Pentium 4 - 64 байта). Строка загружается в кэш и извлекается только целиком.
Слайд 14
Ассоциативная кэш-память
Достоинства: максимальная эффективность использования пространства кэш-памяти.
Недостатки: наибольшие
затраты времени на поиск информации.
Слайд 15
Некоторые данные по популярным процессорам от Intel и
AMD:
Pentium III
Процессор содержит 32 Kб неблокируемой кэш-памяти первого уровня
(16Кб/16Кб) и унифицированную неблокируемую кэш-память второго уровня емкостью 512 Кб, функционирующую на вдвое меньшей частоте, чем ядро.
Слайд 16
Pentium IV
( на ядре Northwood - 512
Кбайт кэш-памяти L2).
- Механизм ускоренной обработки команд;
- Кэш-память
первого уровня с отслеживанием исполнения команд;
- Кэш-память с улучшенной передачей данных
Слайд 17
AMD-K6®-III
Задействована встроенная быстродействующая кэш-память второго уровня (L2). В
процессорный кристалл интегрированно 256 Кб кэш-памяти второго уровня, работающей
на полной тактовой частоте процессора. Объем кэш-памяти первого уровня (L1), как у всего семейства K6, равен 64Кб.