Кэш - память

Кэш-память это высокоскоростная память произвольного доступа, используемая процессором компьютера для временного хранения информации.

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.

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

кэш - архитектуры инклюзивная эксклюзивная

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.

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.

Схемы взаимодействия кэш - памяти и основной оперативной памяти

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.

Кэш - память с прямым отображением Достоинства: простая организация массива, минимальное время поиска. Недостатки: неэффективное использование всего объема кэш- памяти.

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).

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.

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 байта; Pentium байта). Строка загружается в кэш и извлекается только целиком.

Ассоциативная кэш - память Достоинства: максимальная эффективность использования пространства кэш-памяти. Недостатки: наибольшие затраты времени на поиск информации.

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.

Pentium IV ( на ядре Northwood Кбайт кэш- памяти L2). - Механизм ускоренной обработки команд; - Кэш-память первого уровня с отслеживанием исполнения команд; - Кэш-память с улучшенной передачей данных

AMD-K6®-III Задействована встроенная быстродействующая кэш-память второго уровня (L2). В процессорный кристалл интегрированной 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.

AMD Athlon Имеет наибольший для платформ x86 кэш L1 (128KB) - в четыре раза превосходящий L1 кэш процессора Pentium III (32KB). Также включает высокоскоростной, 64- битный контроллер кэш памяти второго уровня (L2), поддерживающий объем кэш- памяти второго уровня от 512Kб до 8Mб. В настоящее время процессор AMD Athlon является самым быстрым процессором в мире.