Arch: new

Все теоритические билеты по Архитектуре ЭВМ в основном были написаны,
кроме: 8.4; 13.4; 14.4; 15.4. Задачи будут позже.

2 курс/1 семестр/Архитектура ЭВМ/Лекции/18 билет/1.md

@@ -0,0 +1,37 @@
+#### 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.
+

2 курс/1 семестр/Архитектура ЭВМ/Лекции/18 билет/2.md

@@ -0,0 +1,10 @@
+#### Определения: блок, попадание, частота попаданий, время попадания, промах, частота промахов, штраф за промах.
+
+**Блок (cache block/cache line)** - наименьшая единица информации, передаваемая между уровнями. Обычно размер блока - размер самого большого регистра.
+**Попадание** - элемент найден в кэше верхнего уровня.
+**Частота попаданий ($H_1$)** - доля обращений к памяти с попаданием в кэш.
+**Время попадания** - время обращения к верхнему уровню, которое зависит от времени доступа к (S)RAM + время на определение попадание/промах. В идеале - 1 такт.
+**Промах** - элемент должен быть получен из блока с нижнего уровня.
+**Частота промахов** $=1-$ «частота попаданий» $=1-H_1$
+**Штраф за промах** - время на замену блока в верхнем уровне + время на доставку отсутствующего блока в ЦП
+

2 курс/1 семестр/Архитектура ЭВМ/Лекции/18 билет/3.md

@@ -0,0 +1,16 @@
+#### Принцип локальности. Два вида локальности.
+
+Программы обычно обращаются к относительно небольшой области адресного пространства (инструкции и данных) в любой момент времени - к рабочему набору (working set)
+**Working set** - набор адресов, с которыми программа работала в течение небольшого интервала времени.
+Два вида локальности доступа:
+
+- **Временная**
+
+Обращение к элементу (инструкции или данным) имеет тенденцию повторяться.
+Пример: инструкции во вложенном цикле.
+
+- **Пространственная**
+
+После обращения к некоторому элементу скорее всего вскоре произойдет обращение к другим элементам с близкими адресами.
+Примеры: последовательное выполнение инструкций, последовательный доступ к элементам массива.
+Пример программы, где нет временной локальности: поиск максимума в несортированном массиве, так как нам в любом случае придется просматривать содержимое массива от начала и до конца. Кэширование в этом случае практически бесполезно.