Реферат на тему кэш память
Обновлено: 30.06.2024
* Данная работа не является научным трудом, не является выпускной квалификационной работой и представляет собой результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала при самостоятельной подготовки учебных работ.
КЭШ память с прямым распределением
Цель работы: Изучение принципа построения кэш-памяти с прямым распределением.
Кэш-память - это быстродействующая память, расположенная между центральным процессором и основной памятью. Вместе с основной памятью она входит в иерархическую структуру и ее действие эквивалентно быстрому доступу к основной памяти. В больших универсальных ЭВМ, основная память которых имеет емкость порядка 32-64 Мбайт, обычно используется кэш-память емкость 64-256 Кбайт, т.е. емкость кэш-память составляет порядка 1/1000-1/500 емкости основной памяти, а быстродействие в 5-10 раз выше быстродействия основной памяти.
Кэш-память, состоящая из m слов, сохраняет копии не менее чем m-слов из всех слов основной памяти.
Если копия, к адресу которой был выполнен доступ ЦП, существует в кэш-памяти, то считывание завершается уже при доступе к кэш-памяти. Отметим, что использование кэш-памяти основывается на принципах пространственной и временной локальности. В случае пространственной локальности основная память разбивается на блоки с фиксированным числом слов и обмен данными между основной памятью и кэш-памятью выполняется блоками. При доступе к некоторому адресу центральный процессор должен сначала определить содержит ли кэш-память копию блока с указанным адресом, и если имеется, то определить, с какого адреса кэш-памяти начинается этот блок. Эту информацию ЦП получает с помощью механизма преобразования адресов.
На сложность этого механизма существенное влияние оказывает стратегия размещения, определяющая, в какое место кэш-памяти следует поместить каждый блок из основной памяти.
В зависимости от способа размещения данных основной памяти в кэш-памяти существует три типа кэш-памяти:
кэш с прямым отображением (размещением);
полностью ассоциативный кэш;
множественный ассоциативный кэш.
Кэш с прямым отображением (размещением) является самым простым типом буфера. Адрес памяти однозначно определяет строку кэша, в которую будет помещен блок информации. При этом предполагается, что оперативная память разбита на блоки и каждому такому блоку в буфере отводится всего одна строка.
Рассмотрим механизм кэш-памяти с прямым отображением реализованный в лабораторной работе.
Стратегия размещения и механизм преобразования адресов в кэш-памяти с прямым отображением.
Предположим, что основная память имеет емкость 256 К слов. Для адресации основной памяти используется 18 бит. Пусть размерность блока составляет 16 слов, тогда основная память будет содержать 16384 блока. Восемнадцать разрядов адреса основной памяти тогда можно распределить следующим образом - 14 старших разрядов использовать для адресации блока, а 4 младших - для адресации слова в блоке.
Пусть емкость кэш-памяти равна 2 К слов. Тогда количество блоков в кэш составляет 128. На рис.5 приведена упрощенная функциональная схема кэш-памяти.
Для того чтобы поместить в кэш-память из основной памяти блок с адресом b 4n 0 этот адрес делить на две части:
-младшие семь разрядов адреса блока используется для адре сации места хранения блока в кэш-памяти;
-старшие семь разрядов (часто называют их "тэг") помещают в специальную память (теговую память), используемую в пос ледствии для чтения из кэш-памяти.
Таким образом, если адрес блока основной памяти равен 3673->111001011001, то в кэш-памяти этот блок будет размещен по адресу 89->1011001.
В данном случае по этому адресу может быть размещен любой из 128 блоков, имеющих семь младших разрядов, эквивалентных числу 89 (1011001).
В этом заключается один из недостатков кэш-памяти с прямым отображением.
Для того чтобы определить, какой именно блок находится в кэш-памяти используется специальная память (тэговая память) емкостью 7*128 слов, куда помещаются семь старших разрядов адреса блока, хранящегося в данное время в кэш-памяти. Адрес размещения которых определяется семью младшими разрядами ( в нашем примере 89 (1011001)). При доступе к кэш-памяти младшие семь разрядов адреса блока используется в качестве адреса тэговой памяти, откуда считывается значение тэга (семь старших разрядов адреса блока). Если считанный тэг и поступивших семь старших разрядов блока совпадают, то это означает, что требуемый блок хранится в кэш-памяти и из памяти данных выполняется чтение слова, адрес которого указан в четырех младших разрядах полного адреса.
Вывод: Данная лабораторная работа проведена в соответствии с методическим указанием, представленным в виде текстового файла в приложении к обучающей программе. На данной лабораторной работе я изучил принципы построения КЭШ - памяти с прямым распределением. Весь процесс обучения производился с помощью программы расположенной на ЭВМ.
Память вычислительной машины представляет собой иерархию запоминающих устройств (ЗУ), отличающихся средним временем доступа к данным, объемом и стоимостью хранения одного бита.
Фундаментом этой пирамиды запоминающих устройств служит внешняя память, как правило, представляемая жестким диском. Она имеет большой объем (десятки и сотни гигабайт), но скорость доступа к данным является невысокой. Время доступа к диску измеряется миллисекундами.
На следующем уровне располагается более быстродействующая (время доступа равно примерно 10-20 наносекундам) и менее объемная (от десятков мегабайт до нескольких гигабайт) оперативная память, реализуемая на относительно медленной динамической памяти DRAM. Для хранения данных, к которым необходимо обеспечить быстрый доступ, используются компактные быстродействующие запоминающие устройства на основе статической памяти SRAM, объем которых составляет от нескольких десятков до нескольких сотен килобайт, а время доступа к данным обычно не превышает 8 нс.
И, наконец, верхушку в этой пирамиде составляют внутренние регистры процессора, которые также могут быть использованы для промежуточного хранения данных. Общий объем регистров составляет несколько десятков байт, а время доступа определяется быстродействием процессора и равно примерно 2-3 нс.
Таким образом, можно констатировать печальную закономерность — чем больше объем устройства, тем менее быстродействующим оно является. Более того, стоимость хранения данных в расчете на один бит также увеличивается с ростом быстродействия устройств. Кэш-память представляет некоторое компромиссное решение этой проблемы.
кеш память данные интерфейс
1. Цели и задачи кэш-памяти
В задачи кэша входит:
· обеспечение быстрого доступа к интенсивно используемым данным;
· согласование интерфейсов процессора и контроллера памяти;
· упреждающая загрузка данных;
· отложенная запись данных.
2. Обеспечение быстрого доступа к интенсивно используемым данным
Архитектурно кэш-память расположена между процессором основной оперативной памятью (см. рис.) и охватывает все (реже часть) адресного пространства. Перехватывая запросы к основной памяти, кэш-контроллер смотрит: есть ли действительная (валидная от английского valid) копия затребованных данных в кэше. Если такая копия там действительно есть, то данные наскоро извлекаются из сверхоперативной памяти и происходит так называемое кэш-попадание (cache hit). В противном случае говорят о промахе – (cache miss), и тогда запрос данных переадресуется к основной оперативной памяти.
Рис.2. Расположение кэша в иерархии оперативной памяти
Для достижения наивысшей производительности кэш-промахи должны происходить как можно реже (а в идеале – не происходить вообще). Учитывая, что емкость сверхоперативной памяти намного меньше емкости основной оперативной памяти, добиться этого не так-то просто! И в служебные обязанности кэш-контроллера в первую очередь входит накопление в сверхоперативной памяти действительно нужных данных и своевременное удаление оттуда "мусора", – данных, которые более не понадобятся. Поскольку, кэш-контроллер не имеет абсолютно никакого представления о назначении обрабатываемых данных, поставленная перед ним задача требует неслабого интеллекта, но кэш-контроллеры персональных процессоров интеллектом не обременены и слепо действуют по одному из нескольких шаблонов, называемых стратегиями кэширования.
Стратегия помещения данных в кэш-память представляет собой алгоритм, определяющий: стоит ли помещать копию запрошенных данных в сверхоперативную память или нет? Процессоры класса Intel Pentium и процессоры AMD от K5 и выше, помещают в кэш все данные, к которым хотя бы однократно происходит обращение. Поскольку, мы не можем сохранить в кэше содержимое всей оперативной памяти и рано или поздно кэш заполняется. Настанет время, когда для помещения новой порции данных, придется выкинуть из кэша что-нибудь.
Поиск наименее нужных данных называется стратегией замещения. Можно принимать решение, основываясь на количестве обращений к каждой порции данных (частотный анализ), можно – на времени последнего обращения, выбрав ту, к которой дольше всего не обращались (алгоритм LRU – Least Recently Used), можно – на времени загрузки из основной памяти, вытеснив ту, которая была загружена раньше всех (алгоритм FIFO – First Input First Output), а можно просто случайно (randomize-алгоритм) (кстати, именно такая стратегия замещения использовалась в процессорах AMD K5).
В современных процессорах семейства x86 встречаются исключительно стратегии FIFO и LRU, частотный же анализ ввиду сложности его реализации в них не используется.
3. Согласование интерфейсов процессора и контроллера памяти
"Ячейка памяти" в понятии современных процессоров представляет собой как правило байт или двойное слово. С другой стороны, минимальной порцией обмена с физической оперативной памятью является пакет, состоящий по меньшей мере из четырех 64-разрядных ячеек. Получив пакет из основной оперативной памяти, кэш позволяет процессору в последствие обрабатывать эти данные с любой разрядностью. Именно этим, кстати, объясняется выбранная стратегия загрузки данных. Кэш-контроллер вынужден помещать в сверхоперативную памяти все ячейки, к которым происходит обращение, уже хотя бы потому, что выкидывать их было бы крайне нерационально.
4. Упреждающая загрузка данных
Существует несколько стратегий загрузки данных из основной оперативной памяти в кэш-память. Простейший алгоритм загрузки, называемый загрузкой по требованию (on demand), предписывает обращаться к основной памяти только после того, как затребованных процессором данные не окажется в кэше (то есть, попросту говоря, после возникновения кэш-промаха). Использование такой стратегии приводитк тому, что в кэш попадают действительно нужные нам данные (и это плюс!), однако, при первом обращении к ячейке, процессору придется очень долго ждать – приблизительно 20 тактов системной шины, что есть несомненный минус! Стратегия спекулятивной (speculative) загрузки, напротив, предписывает помещать данные в кэш задолго то того, как к ним произойдет реальное обращение. Откуда же кэш-контроллеру знать, какие именно ячейки памяти потребуется процессору в ближайшем будущем? Наверняка знать этого он этого не может, но может попробовать угадать. Алгоритмы угадывания делятся на интеллектуальные и неинтеллектуальные. Типичный пример неинтеллектуального алгоритма – опережающая загрузка. Исходя из предположения, что данные из оперативной памяти обрабатываются последовательно в порядке возрастания адресов, кэш-контроллер, перехватив запрос на чтение первой ячейки, в порядке собственной инициативы загружает некоторое количество ячеек, последующих за ней. Если данные действительно обрабатываются последовательно, то остальные запросы процессора будут выполнены практически мгновенно, ведь запрошенные ячейки уже присутствуют в кэше. Следует заметить, что стратегия опережающей загрузки возникает уже в силу необходимости согласования разрядности оперативной памяти и процессора.
Серьезный минус опережающей (и вообще неинтеллектуальной) загрузки состоит в том, что выбранный программистом алгоритм обработки данных далеко не всегда совпадает с алгоритмом их загрузки и зачастую ячейки памяти востребуются совсем не в том порядке, в котором кэш-контроллер запрашивает их из основной памяти. Как следствие, – мы имеем значительное падение производительности, поскольку данные в этом случае загружаются вхолостую.
Интеллектуальный кэш-контроллер предсказывает адрес следующей запрашиваемой ячейки не по слепому шаблону, а на основе анализа предыдущих обращений. Исследуя последовательность кэш-промахов, контроллер пытается установить, какой именно зависимостью связны ее элементы и, если это ему удается, предвычисляет ее последующие члены. Если обращение к памяти происходит по регулярному шаблону, интеллектуальная стратегия спекулятивной загрузки при благоприятном стечении обстоятельств может полностью ликвидировать задержки, возникающие при ожидании загрузки данных из основной памяти. До недавнего прошлого интеллектуальные кэш-контроллеры использовались разве что в суперкомпьютерах, но теперь они реализованы в процессорах P-4 и AMD Athlon XP.
Стратегии поиска данных. В соответствии с выбранной стратегией загрузка данных из памяти может начинаться либо после фиксации кэш-промаха (стратегия Look Through), либо осуществляться параллельно с проверкой наличия соответствующей копии данных в сверхоперативной памяти и прерываться в случае кэш-попадания (стратегия Look aside). Последнее сокращает накладные расходы на кэш-промахи, уменьшая тем самым латентность загрузки данных, но зато увеличивает энергопотребление, что в ряде случаев оказывается неприемлемо большой платой за, в общем-то, довольно незначительную прибавку производительности.
5. Отложенная запись данных
Наличие временного хранилища данных позволяет накапливать записываемые данные и затем, дождавшись освобождения системой шины, выгружать их в оперативную память "одним махом". Это ликвидирует никому не нужные задержки и значительно увеличивает производительность подсистемы памяти (подробнее об этом см. "Политики записи и поддержка когерентности"). В x86 процессорах механизм отложенной записи реализован начиная с Pentium и AMD K5. Более ранние модели были вынужденные непосредственно записывать в основную память каждую модифицируемую ячейку, что серьезно ограничивало их быстродействие. К счастью, сегодня такие процессоры практически не встречаются и об этой проблеме уже можно забыть.
Рассмотрим одну из возможных схем кэширования. Содержимое кэш-памяти представляет собой совокупность записей обо всех загруженных в нее элементах данных из основной памяти. Каждая запись об элементе данных включает в себя:
- значение элемента данных;
- адрес, который этот элемент данных имеет в основной памяти;
- дополнительную информацию, которая используется для реализации алгоритма замещения данных в кэше и обычно включает признак модификации и признак действительности данных.
При каждом обращении к основной памяти по физическому адресу просматривается содержимое кэш-памяти с целью определения, не находятся ли там нужные данные. Кэш-память не является адресуемой, поэтому поиск нужных данных осуществляется по содержимому — по взятому из запроса значению поля адреса в оперативной памяти.
Далее возможен один из двух вариантов развития событий:
- если данные обнаруживаются в кэш-памяти, то есть произошло кэш-попадание (cache-hit), они считываются из нее и результат передается источнику запроса;
- если нужные данные отсутствуют в кэш-памяти, то есть произошел кэш-промах (cache-miss), они считываются из основной памяти, передаются источнику запроса и одновременно с этим копируются в кэш-память.
Действие кэш-памяти. Проблема согласования данных. Способы отражения основной памяти на кэш. Типы виртуальных адресных пространств. Методы распределения памяти. Преобразование виртуального адреса в физический при сегментно-страничном распределении.
| Рубрика | Программирование, компьютеры и кибернетика |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 14.05.2014 |
| Размер файла | 685,5 K |
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
1. Кэш-память. Принципы действия кэш-памяти
Кэш-память (КП) - представляет собой организованную в виде ассоциативного запоминающего устройства быстродействующую буферную память ограниченного объема, которая располагается между регистрами процессора и относительно медленной основной памятью и хранит наиболее часто используемую информацию совместно с ее признаками (тегами), в качестве которых выступает часть адресного кода.
В процессе работы отдельные блоки информации копируются из основной памяти в кэш-память. При обращении процессора за командой или данными сначала проверяется их наличие в КП. Если необходимая информация находится в кэше, она быстро извлекается. Это кэш-попадание. Если необходимая информация в КП отсутствует ( кэш-промах ), то она выбирается из основной памяти, передается в микропроцессор и одновременно заносится в кэш-память. Повышение быстродействия вычислительной системы достигается в том случае, когда кэш-попадания реализуются намного чаще, чем кэш-промахи. (Рис.1)
Свойство кэш-памяти - это, прежде всего прозрачность для программ и пользователей. Другими словами функционирование кэш происходит незаметно для программ.
Рис.1 Принцип действия кэш-памяти
Как видно из рисунка запись в кэш выполняется при чтении, в том случае, если эти данные в кэш отсутствуют. Если же в кэш данные есть, то обращение к основной памяти не происходит и в этом случае они считываются из кэш.
Содержание кэш-памяти представляет собой совокупность записей обо всех данных из основной памяти (ОП), загруженных в нее. (Рис.2)
Время доступа пропорционально вероятности попадания в кэш, которая составляет не менее 90%. Чем объясняется такая высокая степень попадания в кэш?
Адрес данных в ОП
Рис.2 Содержание кэш-памяти
Высокая степень попадания в кэш объясняется некоторыми объективными свойствами компьютерных данных. К таким свойствам относятся:
Если произошло обращение по некоторому адресу, то следующее обращение с большой вероятностью произойдет в ближайшее время.
Если произошло обращение по некоторому адресу, то с высокой степенью вероятности в ближайшее время произойдет обращение к соседним адресам.
Временная локальность позволяет надеяться, что имеет смысл копировать данные в кэш, т.к. вскоре вероятно все равно к ним будет обращение.
Свойство пространственной локальности делает целесообразным копировать в кэш не одну единицу данных, а целый блок данных.
Рис.3 Алгоритм действия кэш-памяти
Проблема согласования данных
Две копии данных: в памяти и кэше порождает проблему согласования, т.е. версии данных в памяти и КЭШе в конечном итоге должны совпадать.
Применяется два подхода при записи в память:
Сквозная запись (write through) - если данные находятся в кэше, то запись производится и в кэш и в память.
Обратная запись (write back) - если данные находятся в кэше, то запись производится только в кэш и устанавливается признак модификации (в кэш).
2. Способы отражения основной памяти на кэш
Существует два основных способа отображения: случайное и детерминированное.
Случайное. Элемент памяти находится в произвольном месте кэша. Элемент хранится вместе с адресом. Поиск ведется по адресу. Это сравнительно дорогой способ.
Детерминированный. Элемент памяти отображается всегда в одно и тоже место кэша. Строки кэша и элементы памяти соотносятся как “один ко многим”. Преобразование адреса элемента в номер строки кэша выполняется некоторой функцией. Этот способ более дешевый.
Недостаток этого способа в больших временных затратах на поиск нужного элемента. Для преодоления недостатка применяется так называемый ассоциативный поиск, при котором сравнение выполняется параллельно со всеми записями кэша. (Рис. 4)
Признак, по которому выполняется сравнение (например адрес) называется тегом (tag). Электронная реализация удорожает память, поэтому используется в кэше небольшой емкости. Вытеснение старых данных происходит тогда, когда кэш будет заполнен.
Рис.4 Ассоциативный поиск
Ранее было сказано что при этом способе используется функция преобразования адреса памяти в адрес кэша. В качестве отображающей функции часто используется часть разрядов адреса из ОП. Такой способ часто называется прямым.
Например, пусть кэш содержит 1024 (210) записей, тогда в адресе можно выделить 10 разрядов. Это и будет номер строки в кэше. Замещение в кэше происходит при совпадении адресов.
Рис.5 Детерминированное отображение
Этот способ представляет собой компромисс между низкой стоимостью кэша с прямым отображением и гибкостью более дорогого способа со случайным отображением (Рис. 6).
Рис.5 Комбинированный способ отображения
Назначенное ВАП - действительно необходимое процессу для работы. Его также называют образом процесса. Назначенное ВАП может превышать физический объем памяти. На этом основан механизм виртуальной памяти процесса.
ВАП и виртуальная память - это разные механизмы для ОС. ОС может поддерживать ВАП, но механизм виртуальной памяти может при этом отсутствовать. Например, в случае превышения физической памяти над ВАП любого процесса.
Системная и пользовательская части ВАП (по 2 Гб каждая).
Рис.7. Виртуальные адресные пространства нескольких процессов
Рис.8. Типы виртуальных адресных пространств
3. Алгоритмы распределения памяти
Рис.9 Основные методы распределения памяти
Алгоритмы распределения памяти без использования внешней памяти. Распределение памяти фиксированными разделами
Рис.10 Основные способы распределения памяти фиксированными разделами
Распределение памяти динамическими разделами
При использовании данного метода память в начальный момент времени считается свободной (за исключением памяти отведенной под ОС). Каждому процессу отводится вся необходимая память. Если ее не хватает, то процесс не создается. В произвольный момент времени память представляет собой случайную последовательность занятых и свободных участков.
-ведение таблиц свободных и занятых участков;
-загрузка и корректировка таблиц;
-после завершения процесса корректировка таблиц.
Достоинство: большая гибкость, по сравнению с методом распределения фиксированными разделами. Недостаток - высокий уровень фрагментации.
Распределение памяти перемещаемыми разделами
В этом методе разработчики попытались учесть достоинства и недостатки предыдущего.
Один из способов борьбы с фрагментацией - сжатие, таким образом, чтобы вся свободная память образовала непрерывную область - дефрагментация. Такой метод был применен в ранних версиях OS/2.
кэш память виртуальный данные
Рис.11 Распределение памяти перемещаемыми разделами
Недостаток - низкая производительность.
Алгоритмы распределения памяти с использованием внешней памяти
Для полной загрузки процессора могут понадобиться иногда сотни интерактивных задач.
Все они должны быть размещены в памяти, большая часть которых находится в состоянии ожидания.
Логично было бы на время ожидания, в случае нехватки физической памяти, вытеснять их на диск, а когда необходимо, возвращать в память.
Такая подмена (виртуализация) оперативной памяти дисковой памятью существенно повышает уровень мультипрограммирования.
Важно, что все действия по перемещению происходят автоматически, без участия программиста.
Для виртуализации применяются два основных подхода:
Свопинг - образ процесса выгружается на диск и возвращается в память целиком. Часто называется подкачкой.
Виртуальная память - образ процесса выгружается на диск и возвращается в память частями (сегментами, страницами. ).
Реализация виртуальной памяти, представлена тремя классами: страничное распределение, сегментное, сегментно-страничное распределение.
При страничном распределении виртуальная память делится на части одинакового и фиксированного для данной системы размера, называемыми виртуальными страницами. Вся оперативная память также делится на части такого же размера, называемые физическими страницами. Размер страницы выбирается равным степени двойки: 512, 1024, 4096 и т.д.
Рис. 12 Страничное распределение
где, таблица страниц - это внутренняя структура ОС. Адрес страницы входит в контекст процесса. Таблица страниц состоит из дескрипторов. Каждый дескриптор включает:
-номер физической таблицы;
-признак присутствия в ОЗУ (формируется аппаратно);
-признак модификации (формируется аппаратно);
-признак обращения (формируется аппаратно);
-виртуальный адрес, который представлен парой (p, sv) преобразуется в (n, sf).
Объем страницы равен степени 2k, тогда смещение (s) можно получить отделением к разрядов.
Например. Если размер страницы = 1кб (210), то 50718 = 101 000 111 0012, 108=28 - номер страницы.
Схема обращения к физической памяти по виртуальному адресу при страничном распределении
Рис. 13. Схема преобразования виртуального адреса в физический при страничном распределении
Аппаратно, из регистра извлекается адрес таблицы страниц. На основании номера страницы Р и длины записи L, определяется адрес дескриптора (A=AT+P*L).
Из таблицы извлекается номер физической страницы N. К номеру N присоединяется смещение S.
Размер страниц, (часто 4096) влияет на размер таблиц, а это в свою очередь отражается на производительности. для устранения этого недостатка ВАП может делится на разделы, а в каждом разделе формируется своя таблица страниц. Этот вариант ускоряет поиск.
При страничном распределении виртуальное адресное пространство делится на равные части механически, без учета смыслового значения данных. В одной странице могут одновременно оказаться код программы и исходные данные. Такой подход не позволяет обеспечить раздельную обработку, например защиту, совместный доступ и т.д.
Разбиение адресного пространства на "осмысленные" части устраняет эти недостатки и называется сегментным распределением. Примеры сегментов: код программы, массив исходных данных и пр.
На этапе создания процесса, ОС создает таблицу сегментов процесса, аналогичную таблице страниц (рис.13).
Рис.14. Распределение памяти сегментами
Рис.15. Схема преобразования виртуального адреса в физический при сегментном распределении
где, физический адрес получается путем сложения по модулю 2.
К недостаткам сегментного распределения можно отнести следующие:
· Использование операции сложения при формировании физического адреса приводит к понижению производительности
· Избыточность. Т.к. сегмент в общем случае может быть больше страницы, то следовательно единица обмена между ОЗУ и диском более крупная, что приводит к замедлению работы.
Сегментное - страничное распределение
Данный метод представляет собой комбинацию страничного и сегментного механизмов управления памятью и направлен на реализацию достоинств обоих подходов.
Виртуальная память делится на сегменты, а каждый сегмент - на страницы.
Все современные ОС используют именно такой способ организации.
Рис.16. Схема преобразования виртуального адреса в физический при сегментно - страничном распределении
Подобные документы
Распределение виртуальной памяти. Страничная и сегментная организации виртуальной памяти. Сегментно-страничная организация виртуальной памяти. Преобразование виртуального адреса в физический. Упрощение адресации памяти клиентским программным обеспечением.
курсовая работа [440,7 K], добавлен 04.03.2014
Схема распределения памяти, соответствующая пользовательской трактовке распределения памяти. Перемещение с помощью таблицы сегментов. Аппаратная поддержка сегментного распределения памяти. Сегментно-страничная организация памяти с двухуровневой схемой.
лекция [1,5 M], добавлен 24.01.2014
Объем двухпортовой памяти, расположенной на кристалле, для хранения программ и данных в процессорах ADSP-2106x. Метод двойного доступа к памяти. Кэш-команды и конфликты при обращении к данным по шине памяти. Пространство памяти многопроцессорной системы.
реферат [28,1 K], добавлен 13.11.2009
Внутренний кэш. Смешанная и разделенная кэш-память. Статическая и динамическая память. TLB как разновидность кэш-памяти. Организация кэш-памяти. Отображение секторов ОП в кэш-памяти. Иерархическая модель кэш-памяти. Ассоциативность кэш-памяти.
курсовая работа [229,1 K], добавлен 04.11.2006
Стратегии размещения информации в памяти. Алгоритмы распределения адресного пространства оперативной памяти. Описание характеристик модели и ее поведения, классов и элементов. Выгрузка и загрузка блоков из вторичной памяти. Страничная организация памяти.
курсовая работа [708,6 K], добавлен 31.05.2013
Хранение различной информации как основное назначение памяти. Характеристика видов памяти. Память типа SRAM и DRAM. Кэш-память или сверхоперативная память, ее специфика и области применения. Последние новинки разработок в области в оперативной памяти.
презентация [2,1 M], добавлен 01.12.2014
Используемые в компьютерах устройства памяти для хранения данных. Внутренние (оперативная и кэш-память) и внешние устройства памяти. Уровни иерархии во внутренней памяти. Подключения дисководов и управления их работой с помощью дискового контроллера.
Инструкции процессора предназначены для обработки, пересылки и анализа данных, расположенных в пространствах памяти и портов ввода/вывода, а также организации ветвлений и переходов в вычислительные процессоры. В компьютер и обязательно должен присутствовать центральный процессор (CPU – Central Processing Unit), который исполняет основную программу.
История создания процессора
История развития производства процессоров полностью соответствует истории развития технологии производства прочих электронных компонентов и схем.
Первым этапом, затронувшим период с 1940-х по конец 1950-х годов, было создание процессоров с использованием электромеханических реле, ферритовых сердечников (устройств памяти) и вакуумных ламп. Они устанавливались в специальные разъёмы на модулях, собранных в стойки. Большое количество таких стоек, соединённых проводниками, в сумме представляли процессор. Отличительной особенностью было низкое быстродействие, низкая надёжность, и большое тепловыделение.
Вторым этапом, с середины 1950-х до середины 1960-х, стало внедрение транзисторов. Транзисторы монтировались уже на платы, близкие к современным по виду, устанавливаемые в стойки. Как и ранее, в среднем процессор состоял из нескольких таких стоек. Повысилась надёжность, Возросло быстродействие, уменьшилось энергопотребление.
Третьим этапом, наступившим в середине 1960-х годов, стало использование микросхем. Первоначально использовались микросхемы низкой степени интеграции, содержащие простые транзисторные и резисторные сборки, затем, по мере развития технологии, стали использоваться микросхемы, реализующие отдельные элементы цифровой схемотехники. Сначала это были элементарные ключи и логические элементы, затем более сложные элементы — элементарные регистры, счётчики, сумматоры. Позднее появились микросхемы, содержащие функциональные блоки процессора — микропрограммное устройство, арифметическо-логическое устройство, регистры, устройства работы с шинами данных и команд.
Четвёртым этапом, в начале 1970-х годов, стало создание, благодаря прорыву в технологии создания БИС и СБИС (больших и сверхбольших интегральных схем), микропроцессора — микросхемы, на кристалле которой физически были расположены все основные элементы и блоки процессора. Фирма Intel в 1971 году создала первый в мире 4-разрядный микропроцессор 4004, предназначенный для использования в микрокалькуляторах.
Постепенно практически все процессоры стали выпускаться в формате микропроцессоров. Исключением долгое время оставались только малосерийные процессоры, аппаратно оптимизированные для решения специальных задач (например, процессоры для решения ряда военных задач), либо процессоры, к которым предъявлялись особые требования по быстродействию, надёжности или защите от ионизирующей радиации и электромагнитных импульсов. Постепенно, с удешевлением и распространением современных технологий, эти процессоры также стали изготавливаться в формате микропроцессора.
Сейчас слова микропроцессор и процессор практически стали синонимами, но тогда это было не так, потому что обычные и микропроцессорные ЭВМ мирно сосуществовали ещё, по крайней мере, 10—15 лет, и только в начале 1980-х годов микропроцессоры вытеснили своих старших собратьев.
Переход к микропроцессорам позволил в последствие создать персональные компьютеры, которые проникли почти в каждый дом.
Затем проследовала его модификация 80186. В процессоре 80286 появился защищённый режим с 24-битной адресацией, позволявший использовать до 16 Мб памяти.
Процессор Intel 80386 появился в 1985 году и привнёс улучшенный защищённый режим, 32-битную адресацию, позволившую использовать до 4 Гб оперативной памяти и поддержку механизма виртуальной памяти. Эта линейка процессоров построена на регистровой вычислительной модели.
За годы существования микропроцессоров было разработано множество различных архитектур. Многие из них (в дополненном и усовершенствованном виде) используются и поныне. Например, Intel x86, развившаяся вначале в 32-битную IA-32, а позже в 64-битную.
В современных компьютерах процессоры выполнены в виде компактного модуля (размерами около 5×5×0,3 см), вставляющегося в ZIF-сокет (AMD) или на подпружинивающую конструкцию — LGA (Intel). Особенностью разъёма LGA является то, что выводы перенесены с корпуса процессора на сам разъём — socket, находящийся на материнской плате. Большая часть современных процессоров реализована в виде одного полупроводникового кристалла, содержащего миллионы, а с недавнего времени даже миллиарды транзисторов.
Структура центрального процессора
Функционально центральный процессор можно разделить на две части:
Операционная часть. Содержит арифметико-логическое устройство (АЛУ) и микропроцессорную память (МПП) - регистры общего назначения.
Интерфейсная часть. Содержит адресные регистры, устройство управления, регистры памяти для хранения кодов команд, выполняемых в ближайшие такты; схемы управления шиной и портами.
Обе части ЦП работают параллельно, причем интерфейсная часть опережает операционную, так что выборка очередной команды из памяти (ее запись в блок регистров команд и предварительный анализ) происходит во время выполнения операционной частью предыдущей команды. Такая организация ЦП позволяет существенно повысить его эффективное быстродействие.
Арифметико-логическое устройство (АЛУ) предназначено для выполнения арифметических и логических операций преобразования информации. Получив данные и команду, выполняет указанную операцию и записывает результат в один из свободных регистров.
Устройство управления (УУ) вырабатывает управляющие сигналы, поступающие по кодовым шинам инструкций в другие блоки вычислительной машины. УУ формирует управляющие сигналы для выполнения команд центрального процессора.
Системная шина – набор проводников, по которым передаются сигналы, соединяющая процессор с другими компонентами на системной плате. Системная шина состоит из шины данных, шины адреса, шины управления.
Шина адреса – используется для передачи сигналов, при помощи которых определяется местоположение ячейки памяти для выполняемых процессором операций ввода-вывода и чтения/записи
Шина данных – служит для пересылки данных между процессором и оперативным запоминающим устройством (ОЗУ)
Шина управления – используется для пересылки управляющих сигналов. Каждая линия этой шины имеет своё особое назначение, поэтому они могут быть как однонаправленными, так и двунаправленными
Модели процессора
Сложилось так, что процессорный рынок уверенно завоевали две компании: Intel и AMD. Именно эти две компании остро соперничают между собой и ведут постоянную борьбу за клиента, перехватывая время от времени инициативу друг у друга. Ниже представлены обозначения моделей процессоров этих фирм:
Характеристики процессора
Наиболее важным параметром процессора является его частота. Тактовая частота процессора на сегодняшний день измеряется в гигагерцах (ГГц), ранее измерялась в мегагерцах (МГц).
Частота на которой работает процессор компьютера определяется произведением частоты шины на некоторый множитель, который, как правило, нельзя изменять. Этот множитель задается автоматически, в зависимости от материнской платы. Однако, системные платы, которые позволяют делать "разгон" компьютера, разрешают делать изменение множителя, тем самым увеличивая скорость работы процессора в ущерб его надежности и долговечности работы.
Разные модели процессоров для своей нормальной работы требуют разные напряжения питания, которые можно увеличивать при разгоне компьютера.
Степпинг - модификации одного и того же ядра процессора, которые производятся с целью улучшения рабочих характеристик процессора.
На производительность (мощность) процессора влияют не только его тактовая частота и разрядность шины данных. Важное значение также имеет и объем кэш-памяти.
Кэш-память
Цифровые технологии таковы, что скорость работы процессора в несколько раз превышает скорость работы памяти. Поскольку процессор и память всегда работают в паре, то, фактически скорость работы компьютера определяется скоростью работы памяти. Получается, что процессор бо́льшую часть времени простаивает без дела в ожидании пока память обработает очередную порцию данных. Чтобы разрешить данную ситуацию придумали кэш-память, которая встраивается непосредственно в микросхему процессора и работает на скоростях соизмеримыми со скоростью работы процессора.
Кэш-память является одним из наиболее дорогих компонентов процессора - ее стоимость составляет половину его стоимости, но она позволяет значительно поднять производительность системы процессор-память, в результате чего значительно возрастает общая скорость работы компьютера.
Кэш-память процессора изготавливают в виде микросхем статической памяти (англ. Static Random Access Memory, сокращенно - SRAM). По сравнению с другими типами памяти, статическая память обладает очень высокой скоростью работы.
Из-за своей дороговизны размер кэш-памяти относительно небольшой, но этого оказывается вполне достаточно, так как в кэш-память помещаются только наиболее часто используемые в данный момент данные.
В большинстве процессоров используется трехуровневая система кэша:- L1 (кэш-память первого уровня), L2 (кэш-память второго уровня) и L3 (кэш-память третьего уровня).
Кэш-память первого уровня или L1 (от англ. Level - уровень) – очень маленькая, но самая быстрая и наиболее важная микросхема памяти. Ни в одном процессоре ее объем не превышает нескольких десятков килобайт. Работает она без каких-либо задержек. В ней содержатся данные, которые чаще всего используются процессором. Количество микросхем памяти L1 в процессоре, как правило, равно количеству его ядер. Каждое ядро имеет доступ только к своей микросхеме L1.
Кэш-память второго уровня (L2) немного медленнее кэш-памяти L1, но и объем ее более существенный (несколько сотен килобайт). Служит она для временного хранения важной информации, вероятность запроса которой ниже, чем у информации, находящейся в L1.
Кэш-память третьего уровня (L3) – еще более объемная, но и более медленная схема памяти. Тем не менее, она значительно быстрее оперативной памяти. Ее размер может достигать нескольких десятков мегабайт. В отличие от L1 и L2, она является общей для всех ядер процессора.
Реферат по предмету: Информатика и Вычислительная Техника выполнил студент группы 4381С Гаффарова Р.З.
Камский Государственный Политехнический Институт
г. Набережные Челны
Одним из важнейших устройств компьютера является память, или запоминающее устройство (ОЗУ). По определению, данном в книге "Информатика в понятиях и терминах", ОЗУ - "функциональная часть цифровой вычислительной машины, предназначенной для записи, хранения и выдачи информации, представленных в цифровом виде." Однако под это определение попадает как собственно память, так и внешние запоминающие устройства (типа накопителей на жестких и гибких дисках, магнитной ленты, CD-ROM), которые лучше отнести к устройствам ввода/вывода информации. Таким образом под компьютерной памятью в дальнейшем будет пониматься только "внутренняя память компьютера: ОЗУ, ПЗУ, кэш память и флэш-память".
Однако ОЗУ работает намного медленнее процессора. Другое дело - кэш. Очень быстрая и очень дорогая память. Но именно из-за дороговизны в компьютерной системе объем кэш составляет всего 10-15% от объема обычной ОЗУ. А также используются специальные алгоритмы работы материнской платы и процессора, обеспечивающие максимальную производительность при наличии встроенной кэш-памяти.
Существующая уже более 100 лет архитектура компьютера, предложенная еще Фон Нейманом, практически не претерпела изменения. Все также процессор окружает оперативная, постоянная и внешняя память. И все также оперативная память, являющаяся одной из скоростных элементов памяти внутри компьютера, не достигает по скорости процессор на несколько порядков.
Принцип работы кэш-памяти заключается в следующем. Процессор редко использует весь объем ОЗУ практически одновременно. Скакать из одного угла памяти в другой, периодически пошвыриваясь по всему ее объему – это не лучший способ использования ресурсов компьютера. Зачастую все обращения процессора к памяти сосредоточены в небольшой области (как показывает статистика – 5-10% от общего объема). Если данные из этой области как либо аппаратно скопировать в кэш, а затем постоянно сверять кэш и ОЗУ на предмет целостности данных, то можно обеспечить режим работы, при котором процессор будет обращаться только к кэш-памяти, тратя на это значительно меньше ресурсов и времени, чем обычно.
Естественно, что весь объем ОЗУ скопировать в кэш нет возможности – такой объем кэш-памяти по цене сравнивается со стоимостью компьютера, а смысла уменьшать объем ОЗУ тоже нет. Было решено реализовать алгоритм работы процессора, кэш-памяти и ОЗУ аппаратно, чтобы не тратить ресурсы процессора.
Принцип заключается в следующем: когда процессор обращается к определенной ячейке памяти, сегмент памяти определенного объема (этот объем называется объемом страницы кэш) копируется в кэш полностью. Если процессор дальше не совершит глобальный скачек на другой, далекий от текущего, адрес памяти, то дальнейшая работа процессора будет происходить напрямую с кэш, минуя ОЗУ, а контроллер кэш-памяти в промежутках, когда процессор занят вычислениями (либо параллельно с работой процессора) будет восстанавливать верные данные в ОЗУ либо в кэш (в случае наличия устройств, напрямую работающих с памятью). Естественно, чем больше будет страниц и чем больше будет их объем – тем выше будет скорость работы процессора.
Начиная с 386-х процессоров кэш-память устанавливалась на большинство материнских плат. Все это позволяло повышать производительность систем не в разы, а на порядки. Но с выходом 486 процессора кэш-память была разделена: появился кэш, реализованный непосредственно на кристалле процессора (в 486 DX ). Несмотря на малый его объем – 1 Кб – это уже был скачек в производительности и очень большой: ведь кэш, расположенный на кристалле процессора работает на частоте процессора, что в несколько раз превышает скорость работы кэш-памяти, установленной на материнской плате.
Начиная с 486 процессоров кэш-память испытывает подобное разделение на кэш 1-го уровня – установленный на кристалле (или в одном корпусе) процессора и работающий с ним на одной частоте, и кэш 2-го уровня, установленный на материнской плате, работающий быстрее обычной ОЗУ, но медленнее КЭШа первого уровня.
Однако этим не ограничивается использования кэш-памяти. Ведь таким образом ее можно использовать там, где существует проблема быстродействия, но есть возможность упорядочить данные. К таким применениям относят:
аппаратное кэширование жестких дисков (кэш-память устанавливается непосредственно на жестком диске либо на специальном контроллере);
программное кэширование CD - ROM , а также прочих устройств хранения информации (программно – при помощи операционной системы, аппаратно – на самом устройстве либо на контроллере).
И не только: сегодня зачастую даже самое простейшее устройство обладает своей памятью, работающей быстрее, чем само устройство. К таким относят принтеры, сканеры, модемы и т.д.
Но все-таки наиболее популярной является кэш-память первого уровня (процессорная) и второго (установленная на материнской плате).
Внутренне кэширование обращений к памяти применяется в процессорах, начиная с 486-го. С кэшированием связаны новые функции процессоров, биты регистров и внешние сигналы.
Процессоры 486 и Pentium имеют внутренний кэш первого уровня, в Pentium Pro и Pentium II имеется и вторичный кэш. Процессоры могут иметь как единый кэш инструкций и данных, так и общий. Выделенный кэш инструкций обычно используется только для чтения. Для внутреннего кэша обычно используется наборно-ассоциативная архитектура.
Строки в кэш-памяти выделяются только при чтении, политика записи первых процессоров 486 – только Write Through (сквозная запись) – полностью программно-прозрачная. Более поздние модификации 486-го и все старшие процессоры позволяют переключаться на политику Write Back (обратная запись).
Работу кэша рассмотрим на примере четырехканального наборно-ассоциативного кэша процессора 486. Кэш является несекторированным – каждый бит достоверности ( Valid bit ) относится к целой строке, так что стока не может являться “частично достоверной”.
Работу внутренней кэш-памяти характеризуют следующие процессы: обслуживание запросов процессора на обращение к памяти, выделение и замещение строк для кэширования областей физической памяти, обеспечение согласованности данных внутреннего кэша и оперативной памяти, управление кэшированием.
Любой внутренний запрос процессора на обращение к памяти направляется на внутренний кэш. Теги четырех строк набора, который обслуживает данный адрес, сравниваются со старшими битами запрошенного физического адреса. Если адресуемая область представлена в строке кэш-памяти (случая попадания – cache hit ), запрос на чтение обслуживается только кэш-памятью, не выходя на внешнюю шину. Запрос на запись модифицирует данную строку, и в зависимости от политики записи либо сразу выходит на внешнюю шину (при сквозной записи), либо несколько позже (при использовании алгоритма обратной записи).
В случае промаха ( Cache Miss ) запрос на запись направляется только на внешнюю шину, а запрос на чтение обслуживается сложнее. Если этот зарос относится к кэшируемой области памяти, выполняется цикл заполнения целой строки кэша – все 16 байт (32 для Pentium ) читаются из оперативной памяти и помещаются в одну из строк кэша, обслуживающего данный адрес. Если затребованные данные не укладываются в одной строке, заполняется и соседняя. Заполнение строки процессор старается выполнить самым быстрым способом – пакетным циклом с 32-битными передачами (64-битными для Pentium и старше).
Внутренний запрос процессора на данные удовлетворяется сразу, как только затребованные данные считываются из ОЗУ – заполнение строки до конца может происходить параллельно с обработкой полученных данных. Если в наборе, который обслуживает данный адрес памяти, имеется свободная строка (с нулевым битом достоверности), заполнена будет она и для нее установится бит достоверности. Если свободных строк в наборе нет, будет замещена строка, к которой дольше всех не было обращений. Выбор строки для замещения выполняется на основе анализа бит LRU ( Least Recently Used ) по алгоритму “псевдо- LRU ”. Эти биты (по три на каждый из наборов) модифицируются при каждом обращении к строке данного набора (кэш-попадании или замещении).
Таким образом, выделение и замещение строк выполнятся только кэш-промахов чтения, при промахах записи заполнение строк не производится. Если затребованная область памяти присутствует в строке внутреннего кэша, то он обслужит этот запрос. Управлять кэшированием можно только на этапе заполнения строк; кроме того, существует возможность их аннулирования – объявления недостоверными и очистка всей кэш-памяти.
Управление заполнением кэша возможно и на аппаратном и на программном уровнях. Процессор позволяет кэшировать любую область физической памяти, но внешние схемы могут запрещать процессору кэшировать определенные области памяти. Это делается по различным причинам, зачастую связанным с определенными условиями создания компьютерной системы.
В отличие от внутренней кэш-памяти, внешняя больше напоминает обычную память. Однако алгоритм работы с ней практически такой же.
Внешняя кэш-память состоит из памяти данных, построенная на микросхемах SRAM, и контроллера кэша. В кэш-памяти хранится информация, копируемая из основной оперативной памяти. Каждый раз при обращении микропроцессора к памяти контроллер кэш-памяти проверяет наличие данных в кэше. Если эти данные в кэше есть (“попадание”), то микропроцессор получает данные из кэша. Если этих данных нет (“промах”), выполняется обычный цикл обращения к оперативной памяти DRAM.
Основным фактором, определяющим вероятность попадания, является емкость кэш-памяти. Как правило, при объеме кэша в 2 Кбайта вероятность попадания составляет от 50 до 60%. Поскольку размер кэш-памяти на современных компьютерах превышает 256 Кбайт, то вероятность попадания будет выше 90% (для компьютеров с объемом памяти ~ 256 Мбайт.)
Для реализации кэш-памяти в настоящее время разработаны эффективные однокристальные контроллеры. Наиболее широкое распространение получили контроллеры i82385 фирмы Intel и A38152 фирмы Asustec Microsystems.
Контроллер i82385 поддерживает 32 Кбайта кэш-памяти, и может работать в двух конфигурациях:
кэш-память с прямым отображением;
двухканальная модульно-ассоциативная кэш-память.
Первая конфигурация характеризуется простотой реализации, однако она оказывается неэффективной при работе в мультизадачных системах. В двухканальной реализации кэш-память разбивает все 4 Гбайтное адресное пространство на 262144 страницы по 16 Кбайт. 32-х разрядный физический адрес состоит из четырнадцатиразрядного адреса, определяющего информацию в кэш-памяти, и восемнадцатиразрядного тега, определяющего номер страницы. Каждый адрес оперативной памяти может быть отображен в одну из двух ячеек кэш-памяти.
Особенность контроллера кэш-памяти – обеспечение возможности параллельной работы микропроцессора с кэш-памятью и периферийных устройств с оперативной памятью в режиме прямого доступа. При записи данных по адресам, находящихся в кэше, контроллер ликвидирует копии этих блоков в кэше. Всю работу по синхронизации данных в DRAM и кэше берет на себя этот контроллер.
Одним из популярных контроллеров кэш-памяти является однокристальный контроллер кэш-памяти фирмы ASUSTEC, совместно с памятью данных 32 Кбайта обеспечивает вероятность попадания более 95%. Это достигается благодаря использованию четырехканального модульно-ассоциативного обращения, который отображает адрес оперативной памяти в одну из четырех ячеек кэш-памяти. При этом, вследствие организации последовательного обращения к памяти данных, требуется подключение всего одного банка памяти данных.
Контроллер A38152 фирмы Asustec имеет аппаратные и программные средства, обеспечивающие связанность информации: логика слежения за шиной, которая обеспечивает ликвидацию копий блоков в кэш-памяти, задание области адресов, не отображаемой в кэш-память.
На многих материнских платах можно выбирать между одноуровневой или многоуровневой системами организации памяти. По умолчанию устанавливается ражим многоуровневой памяти. Если Вы установите режим одноуровневой памяти, то кэш-память SRAM просто добавляется к адресному пространству основной оперативной памяти. Одноуровневую память лучше использовать, когда внутренний кэш процессора по объему превосходит емкость кэш-памяти на материнской плате.
Однако кэш-память процессора и оперативной памяти – это не единственный вариант ее использования. Фактически кэширование как процесс увеличения скорости за счет подмены устройства более быстрым, используется уже давно. Причем не аппаратно, а программно (аппаратно тоже, но это остается за высоким забором закрытых технологий производителей жестких дисков и других устройств).
Операционная система MS - DOS с 4 версии имеет в своем составе программу smartdrive , позволяющую наиболее используемые данные с жесткого диска (или дисков) перенести в память компьютера. При этом ОС, обращаясь к диску, будет фактически обращаться к памяти, за счет чего увеличится быстродействие. Позже, при наименьшей загрузке данные из памяти будут скинуты на диск.
Естественно, так как идеала не существует, то и в данной модели приходится чем-то жертвовать. Такой жертвой является свободная память. Однако если на первых компьютерах с объемом памяти 1-16 Мб это было существенно, то сегодня, когда объем памяти нередко всего лишь в несколько раз меньше объема диска, выделить под кэш 4-16 Мб не так уж и страшно.
Но сегодня думать об этом пользователю нет необходимости. Современные операционные системы Windows 95/98/ Me /2000/ XP организуют кэш для жесткого диска (и вообще для всех устройств хранения информации) в памяти самостоятельно, автоматически выделяя под любое устройство требуемый объем и делая это совершенно незаметно для пользователя.
Единственным недостатком подобной организации остается то, что в случае пропадания питания (и не очень хорошем блоке питания) данные из памяти на диск ОС сбросить не успеет, и они будут утеряны.
Стоит добавить, что сегодня практически все жесткие диски имеют встроенный кэш для увеличения работы. Причем ему не свойственен недостаток, описанный нами выше. Современные технологии позволяют жесткому диску даже после пропадания питания нормально очищать кэш и завершать работу.
Однако говоря о кэш, нельзя не упомянуть о такой его своеобразной реализации, как файл подкачки в Windows . Казалось бы: если компьютер и так тормозит из-за работы с ОЗУ, то зачем создавать лишние проблемы и скидывать часть данных из ОЗУ на диск - ведь это еще сильнее уменьшит скорость работы системы. Однако цели здесь совсем иные.
Основное назначение файла подкачки заключается в том, чтобы позволить активной программе воспользоваться практически всем объемом памяти, установленным на компьютере. Естественно, что если вы работаете в word и печатаете (уже два часа) три страницы какого-то текста, то все 512 Мб ОЗУ вам не нужны. Но если сфера вашей деятельности – видео, звуки либо работа в интернете (особенно в роли web -мастера), то это уже является существенным плюсом ОС. Вы можете запустить все нужные вам программы, а затем не только пользоваться практически 100% объема ОЗУ, установленного на компьютере, но и использовать его в качестве этакого громадного буфера обмена.
Кроме того, данная организация позволяет выполнить еще одну функцию: периодическую оптимизацию данных, содержащихся в ОЗУ с целью более рационального его использования. Удаление данных, уже не используемых, а также сохранение данных, редко используемых, на диске, позволяет высвободить дополнительный объем пространства.
Кэш-память, появившаяся в конце 80-х, первоначально была доступна немногим и зачастую ей пророчили короткое будущее: цены на нее были астрономические, а реальной прибавки быстродействия было недостаточно. Однако бум высоких технологий в 90-х изменил отношение пользователей и специалистов к подобному явлению: сейчас кэш любят и уменьшают зачастую в случае опять же дороговизны со слезами.
Выпустив 486 процессор, фирма Intel произвела настоящую революцию. Здесь не только наличие встроенного математического сопроцессора и умножение частоты, но еще и наличие встроенного кэш. Грустно признать, но с этого момента подобных революций Intel уже не производила.
После этого был Pentium Pro , несущий на себе уже два уровня кэш-памяти, а затем и Pentium II , аналогичный предыдущему, но более быстрый и более дешевый.
Затем наметилось разделение: встроенный кэш второго уровня обеспечивал серьезный подъем производительности, но стоил дорого. Поэтому в дешевых моделях процессоров ( Celeron Covington – 266-300 МГц) его устанавливать не спешили (опять же есть мнение, что кэш-то там есть, просто его работа запрещена).
Однако в следующей модели Celeron – Mednocino (300-433 МГц) кэш второй памяти уже был. И на сегодняшний день, по крайней мере Intel , больше не заявляет о том, что собирается лишать какой-либо свой будущий процессор этого полезного довеска.
Гук. М. Процессоры intel от 8086 до Pentium 4. С-Питербург -“Питер Паблишинг” – 2002.
Обзор процессоров и шин ПВМ. Москва – 2001.
Радовский Н. Пути апгрейда. Компьютерра-Спецвыпуск, Зима 2002, Зимние подарки. С. 14-21.
Читайте также: