Принципы организации кэш-памяти и стековой памяти

План

Принципи організації кеш-пам'яті

Принципи організації стекової пам'яті


Принципи організації кеш-пам'яті

Збільшення ємності пам'яті МПС зумовлює зниження швидкодії операцій обміну інформацією між процесором та модулем пам'яті. Навіть за час звернення до пам'яті, що дорівнює 70 не, неможливо отримати потрібну інформацію за один цикл шини. Це призводить до потреби виконання тактів очікування у процесі роботи процесора для того, щоб час звернення до пам'яті був узгоджений із часом виконання команди у процесорі. Підвищення швидкодії обміну інформацією можливе через реалізацію додаткової пам'яті порівняно невеликої ємності, звернення до якої відбувається на тактовій частоті процесора. Така пам'ять отримала назву кеш-пам'яті або буферної палі'яті. Кеш-пам'ять реалізується на основі ВІС ОЗП статичного типу. Інформаційна ємність та принцип організації кеш-пам'яті є одними з основних чинників, що визначають продуктивність роботи МПС.

Кеш-пам'ять використовують не тільки для обміну даними між МП і ОЗП, але й для обміну між ОЗП і зовнішніми накопичувачами. В основу роботи кеш-пам'яті покладено принципи часової і просторової локальностей програм.

Принцип часової локальності полягає в тому, що під час зчитування будь-яких даних із пам'яті існує висока ймовірність звернення програми протягом деякого невеликого проміжку часу знову до них.

Принцип просторової локальності ґрунтується на високій імовірності того, що програма через деякий невеликий проміжок часу звернеться до комірки пам'яті, наступної за тією, до якої вона зверталася перед цим.

Згідно з принципом часової локальності інформацію у кеш-пам'яті доцільно зберігати протягом деякого часу, а принцип просторової локальності вказує на доцільність розміщення у кеш-пам'яті вмісту декількох сусідніх комірок, тобто певного блоку інформації. Лінійні ділянки програм (без переходів) у більшості випадків не перевищують 3-5 команд, тому недоцільно використовувати блоки інформації, ємність яких перевищує ємність пам'яті, потрібну для зберігання 3-5 команд

Як правило, інформація з основної пам'яті завантажується у кеш-пам'ять блоками по 2-4 слова і зберігається там деякий час.

Під час звернення процесора до пам'яті спочатку перевіряють наявність у кеш-пам'яті даних, які запитують, і якщо їх немає, здійснюють завантаження у кеш-пам'ять потрібної інформації. Правильна організація роботи кеш-пам'яті забезпечує підвищення швидкодії системи, оскільки у більшості випадків відбувається звернення процесора до кеш-пам'яті, а не до більш повільної основної оперативної нам'яті.

Залежно від способу відображення інформації з основної пам'яті на кеш-пам'ять розрізняють такі типи кеш-пам'яті:

- кеш-пам'ять з прямим відображенням;

- повністю асоціативна кеш-пам'ять;

- множинна асоціативна кеш-пам'ять.

Кеш-пам'ять з прямим відображенням - найпростіший тип кеш-пам'яті (рис. 5. 30). Кеш-пам'ять містить дві частини - кеш-пам'ять даних та кеш-пам'ять ознак. Припустімо, що ємність ОЗП МПС становить 4 Гбайт. Ця ємність розбивається на 64 К рівних частин по 64 кбайт. Блок даних ємністю 4 байт пересилається з кожної із цих частин оперативної пам'яті в один 32-розрядний рядок кеш-пам'яті даних. Ємність кеш-пам'яті даних складає 64кбайт, тому кількість рядків дорівнює 16К. Отже, під кожну з 64 К частин ОЗП у кеш-пам'яті відводиться один рядок: 32-розрядна адреса чотирибайтового блоку в ОЗП поділяється

1 2 3 4 5