38 lines
4.0 KiB
Markdown
38 lines
4.0 KiB
Markdown
|
#### Определение кэша и кэширования. Уровни иерархии памяти.
|
|||
|
|
|
|||
|
|
**Кэш** - быстродействующая буферная память между CPU и основной памятью, в которую помещаются фрагменты кода и данные, активно используемые программой в текущий момент времени.
|
|||
|
|
**Кэширование памяти** - временное хранение в более быстрой памяти данных из более медленной памяти.
|
|||
|
|
Эффективность кэширования основывается на локальности доступа к памяти. Дополнительно может решаться задача снижения требований к пропускной способности основной памяти.
|
|||
|
|
Размер кэша меньше, чем размер основной памяти.
|
|||
|
|
Кэширование используется на нескольких разных уровнях. С точки зрения процессора, кэш - это механизм устранения задержек. К памяти обращаться долго, но если использовать кэш, то время обращения будет намного меньше.
|
|||
|
|
Часто данные одного уровня иерархии являются подмножеством данных нижележащего уровня: данные дублируются в более медленном нижележащем уровне - инклюзивное кэширование.
|
|||
|
|
**Иерархия памяти** состоит из нескольких уровней. Меньший по объему, более скоростной уровень памяти расположен ближе к ЦП:
|
|||
|
|
|
|||
|
|
- регистры
|
|||
|
|
- основной кэш $(L_1)$
|
|||
|
|
- дополнительные вторичные кэши $(L_2,L_3,...)$
|
|||
|
|
- основная память
|
|||
|
|
- устройства массового хранения (виртуальная память)
|
|||
|
|
|
|||
|
|
Или
|
|||
|
|
|
|||
|
|
- регистры
|
|||
|
|
- кэш-память
|
|||
|
|
- оперативная память
|
|||
|
|
- долговременная память
|
|||
|
|
- сторонние устройства
|
|||
|
|
|
|||
|
|
Каждый уровень проецирует адреса более емкой памяти на менее емкий уровень, ближе к ЦП.
|
|||
|
|
Когда для CPU требуется инструкция или операнд, производится поиск по всем уровням иерархии памяти, начиная с ближайшего с CPU (кэш $1^{го}$ уровня):
|
|||
|
|
|
|||
|
|
- Если элемент найден, он доставляется в ЦП без поиска по нижележащим уровням. Происходит попадание в кэш (частота попаданий $=H_1$).
|
|||
|
|
- Если элемент отсутствует в верхнем уровне, происходит кэш-промах, и поиск продолжается на нижестоящем уровне (частота промахов $=1-H_1$).
|
|||
|
|
- Для систем с несколькими уровнями кэша, поиск последовательно продолжается на уровнях 2,3, и тд
|
|||
|
|
- Если поиск в кэшах завершился промахами, запрашиваются данные из основной памяти.
|
|||
|
|
|
|||
|
|
Взаимодействие «ЦП» $\Rightarrow$ «КЭШ» $\Rightarrow$ «Память» реализовано аппаратно.
|
|||
|
|
|
|||
|
|
- Если элемент не найден в основной памяти, происходит обращение к диску (вирт. память). Это называется page fault.
|
|||
|
|
Взаимодействие «Память» $\Rightarrow$ «Диск» реализовано в ОС при аппаратной поддержке.
|
|||
|
|
|