КЭШ-память - Современные процессоры, их сравнительные характеристики
Несмотря на все технологии и уловки разработчиков, производительность процессора все-таки напрямую зависит от скорости выборки команд и данных из памяти. И даже, если процессор имеет сбалансированный и продуманный конвейер, использует технологию Hyper-Threading и так далее, но не обеспечивает должную скорость выборки данных и команд из памяти, то, в результате, общая производительность ЭВМ не оправдает ваших ожиданий.
Поэтому один из важнейших параметров устройства процессора - это КЭШ-память, призванная сократить время выборки команд и данных из основной оперативной памяти и выполняющая роль промежуточного буфера с быстрым доступом между процессором и основной оперативной памятью.
КЭШ-память строится на базе дорогой SRAM-памяти (static random access memory), обеспечивающей доступ к ячейкам памяти гораздо более быстрый, чем к ячейкам DRAM-памяти (dynamic random access memory), на базе которой построена оперативная память. К тому же SRAM-память не требует постоянной регенерации, что так же увеличивает ее быстродействие. Однако более подробно устройство SRAM, DRAM и других типов памяти рассмотрим в следующей статье, а сейчас более подробно рассмотрим принцип работы и устройства КЭШ-памяти.
КЭШ-память делится на несколько уровней. В современных процессорах, обычно, бывает три уровня, а в некоторых топовых моделях процессоров иногда встречается и четыре уровня КЭШ-памяти.
КЭШ-память более высокого уровня всегда больше по размеру и медленнее КЭШ-памяти более низкого уровня.
Самая быстрая и самая маленькая КЭШ-память - это КЭШ-память первого уровня. Она обычно работает на частоте процессора, имеет объем несколько сотен килобайт и располагается в непосредственной близости от блоков выборки данных и команд. При этом она может быть единой (Принстонская архитектура) или разделяться на две части (Гарвардская архитектура): на память команд и память данных. В большинстве современных процессоров используют разделенную КЭШ-память первого уровня, так как это позволяет одновременно с выборкой команд осуществлять выборку данных, что крайне важно для работы конвейера.
КЭШ-память второго уровня - более медленная (время доступа, в среднем, 8-20 тактов процессора), но зато имеет объем несколько мегабайт.
КЭШ-память третьего уровня - еще медленнее, но имеет сравнительно большой объем. Встречаются процессоры с КЭШ-памятью третьего уровня больше 24 Мб.
В многоядерных процессорах, обычно, последний уровень КЭШ-памяти делают общим для всех ядер. Причем, в зависимости от нагрузки на ядра, может динамически изменяться отведенный ядру объем КЭШ-памяти последнего уровня. Если ядро имеет высокую нагрузку, то ему выделяется больше КЭШ-памяти, за счет уменьшения объема КЭШ-памяти для менее нагруженных ядер. Не все процессоры обладают такой возможностью, а только поддерживающие технологию Smart Cache (например, Intel Smart Cache или AMD Balanced Smart Cache).
КЭШ-память более низкого уровня - обычно, индивидуальная для каждого ядра процессора.
Мы рассмотрели, как устроена КЭШ-память, давайте теперь разберемся, как она работает.
Процессор считывает из основной оперативной памяти данные и заносит их в КЭШ-память всех уровней, замещая данные, к которым давно и наиболее редко обращались.
В следующий раз, когда процессору понадобятся эти же данные, они будут считаны уже не из основной оперативной памяти, а из КЭШ-памяти первого уровня, что значительно быстрее. Если к этим данным процессор долго не будет обращаться, то они будут постепенно вытеснены из всех уровней КЭШ-памяти, вначале из первого, так как он самый маленький по объему, затем из второго и так далее. Но, даже если эти данные останутся только в третьем уровне КЭШ-памяти, все равно обращение к ним будет быстрее, чем к основной памяти.
Однако, чем больше уровней КЭШ-памяти, тем сложнее алгоритм замещения устаревших данных и тем больше времени тратится на согласования данных во всех уровнях КЭШ-памяти. В результате, выигрыш от скорости работы КЭШ-памяти быстро сходит на нет. К тому же SRAM-память - очень дорогая, и при больших объемах, а, как помните, каждый новый уровень КЭШ-памяти должен быть больше предыдущего, быстро снижается показатель цена-качество, что крайне негативно сказывается на конкурентоспособности процессора. Поэтому на практике больше четырех уровней КЭШ-памяти не делают.
Ситуация с КЭШ-памятью дополнительно усложняется в многоядерных процессорах, каждое ядро которых содержит свою КЭШ-память. Необходимо вводить дополнительную синхронизацию данных, хранящихся в КЭШ-памяти разных ядер. Например, один и тот же блок данных основной оперативной памяти был занесен в КЭШ-память первого и второго ядра процессора. Затем первый процессор изменил этот блок памяти. Получается, что в КЭШ-памяти второго процессора лежат уже устаревшие данные и необходимо их обновить, а это дополнительная нагрузка на КЭШ-память, что приводит к снижению общего быстродействия процессора. Эта ситуация тем сложнее, чем больше ядер в процессоре, чем больше уровней КЭШ-памяти и чем больше их объем.
Но, несмотря на такие трудности в работе с КЭШ-памятью, ее применение дает явный прирост скорости работы без существенного увеличения стоимости ЭВМ. И пока не будет придумана оперативная память, которая сможет по скорости соперничать с SRAM-памятью, а по цене - с DRAM-памятью, будет применяться иерархическая организация оперативной памяти с использованием нескольких уровней КЭШ-памяти.
Похожие статьи
-
Ядро процессора - Современные процессоры, их сравнительные характеристики
Ядро процессора - это его основная часть, содержащая все функциональные блоки и осуществляющая выполнение всех логических и арифметических операций. На...
-
Центральные процессоры - Характеристика, классификация и принцип работы центральных процессоров
Центральный процессор (ЦП, или центральное процессорное устройство -- ЦПУ; англ. central processing unit, CPU, дословно -- центральное обрабатывающее...
-
Сегодня на рынке представлено достаточно большое количество автоматизированных систем в области гостиничного бизнеса. Каждая организация выбирает систему...
-
Современные DLP системы - Сравнительный анализ DLP-систем, их функциональные возможности
SearchInform "Контур информационной безопасности SearchInform" - одно из наиболее совершенных решений по контролю над информационными потоками...
-
Как работает кэш-память первого уровня - Кэш-память
Для того чтобы разобраться с принципами работы кэш-памяти первого и второго уровней, рассмотрим следующую аналогию. Герой нашей истории (в данном случае...
-
Основой нового интерфейса, как известно, в общем случае будут являться дифференциальные сигнальные пары контактов, совершающие обмен данными по схеме...
-
Кэш-память второго уровня кэш память компьютер процессор - Кэш-память
Для того чтобы уменьшить ощутимое замедление системы, возникающее при каждом промахе кэша, задействуется кэш-память второго уровня. Развивая аналогию с...
-
Электронное правительство - это система взаимодействия органов государственной власти с населением, основанная на широком применении современных...
-
Основные требования и характеристики современных и применение технических средств АИС Автоматизированная информационная система (АИС) представляет собой...
-
Фирма Advanced Micro Devices (AMD), как уже говорилось, начала производство микропроцессоров с выпуска дешевых аналогов процессоров 80386 и 486SX фирмы...
-
Архитектура персонального компьютера - Архитектура и процессоры персональных компьютеров
Персональный компьютер типа IBM PC имеет довольно традиционную архитектуру микропроцессорной системы и содержит все обычные функциональные узлы:...
-
ПК-1 ЦП Intel Core 2 CPU E6300 2.86GHz 2.87GHz; ОЗУ: 2,00 ГБ; ОС: Windows XP 32-разрядная; Видеокарта: NVIDIA GeForce 8600; Звуковая карта: Realtek ac97;...
-
В данном пункте дипломного проекта на основании характеристик распространения, полученных из литературных источников, экспериментальных измерений,...
-
Каждый из видов графики имеет свои достоинства и недостатки, следует отметить определенную "зеркальность" их достоинств и недостатков. Среди достоинств...
-
Кэш-память первого уровня - Кэш-память
Во всех процессорах, начиная с 486-го, имеется встроенный (первого уровня) Кэш-контроллер с Кэш-памятью объемом 8 Кбайт в процессорах 486DX, а также 32,...
-
Анализ использования разработки Задачи данной разработки: хранение, просмотр и поиск, нужной пользователю, информации. Цель разработки: автоматизация и...
-
Особенности процессора 80386 - Архитектура и процессоры персональных компьютеров
32-разрядный процессор i80386 открыл новый этап в истории микропроцессоров Intel и персональных компьютеров типа IBM PC. Естественно, он сохранял полную...
-
Организационно-экономическая характеристика Общество с ограниченной ответственностью "Дружба", действует в Уставом и действующим законодательством...
-
Собственные числа матрицы N - размерность матрицы; I - номер строки; J - номер столбца. Оценки собственных чисел матрицы Таблица 14. Оценки приоритетов...
-
Актуальность Сегодня всемирная популярность социальных информационных сетей продолжает набирать обороты, все большее пользователей не может отказать себе...
-
Процессоры Cyrix, Процессоры Sun Microsystеms - Микропроцессоры для пользователя
Первая вещь из грандиозного проекта М1 компании Cyrix, наконец обнародована. Это процессор Сх 6х86-100, монстроподобный кристалл которого сложен и очень...
-
Начало компьютеризации подразделений УВД приходится на 1982 год. В это время организован вычислительный центр ИЦ УВД, оснащенный всего одной ПЭВМ марки...
-
Особенности процессоров Pentium - Архитектура и процессоры персональных компьютеров
Процессоры Pentium относятся к пятому поколению процессоров или к третьему поколению 32-разрядных процессоров. По своим основным архитектурным принципам...
-
Особенности процессора 486 - Архитектура и процессоры персональных компьютеров
Процессор 486 является представителем второго поколения 32-разрядных процессоров. Он сохраняет основные принципы архитектуры процессора 80386, а также...
-
Формирование области многокритериального выбора вариантов Стоит задача о выборе марки автомобиля с их известными особенностями и характеристиками....
-
Особенности процессора 80286 - Архитектура и процессоры персональных компьютеров
Несмотря на то, что процессор 80286 остался 16-разрядным, как и его предшественник 8086, он представлял собой новое поколение процессоров, что определило...
-
Особенности процессоров 8086/8088 - Архитектура и процессоры персональных компьютеров
Описание микропроцессоров фирмы Intel мы начнем с процессоров i8086/8088. Именно заложенные в них архитектурные решения во многом определили архитектуру...
-
Процессоры персональных компьютеров - Архитектура и процессоры персональных компьютеров
Несмотря на то, что первый персональный компьютер был выпущен фирмой Apple, сейчас персональными компьютерами называют в основном IBM PC-совместимые...
-
Группирование компьютеров в рабочие группы дает два важных преимущества сетевым администраторам и пользователям. Наиболее важное - серверы домена...
-
Инспекция авиация автоматизация программный К моменту прохождения практики на предприятии отделом автоматизации инспекции летной годности ВС была...
-
Требования к современным средствам защиты информации - Защита информации в компьютерных сетях
Согласно требованиям гостехкомиссии России средства защиты информации от несанкционированного доступа(СЗИ НСД), отвечающие высокому уровню защиты, должны...
-
К основным характеристикам принтеров можно относятся: - ширина каретки, которая обычно соответствую бумажному формату А3 или А4; - скорость печати,...
-
1 Характеристика технологий xDSL - Разработка корпоративной сети на основе технологий xDSL
HDSL (High-bit-rate DSL) , или технология высокоскоростной цифровой абонентской линии, - это первенец семейства xDSL, разработанный в конце 80-х гг....
-
Общая характеристика ОС LINUX Linux - очень простая, надежная и дружественная операционная система. Совершенствование и эволюция Linux продолжаются по...
-
Интерфейсы нового поколения - Внешние интерфейсы современного компьютера
На самом деле уже с середины 80-х стало очевидно, что унаследованные персональными системами последовательный (RS-232С) и параллельный (Centronics) порты...
-
Используя опыт своих партнеров, компания "САМО-Софт" разработала принципиально новый программный продукт для автоматизации турагентств, получивший...
-
Развитие шины от IBM до современного ПК - Шинная IBM совместимого PC и ее структура
Первые разработки шины PCI, стартовавшие в начале 90-х годов, были призваны избавиться от множества присутствовавших на тот момент несовместимых шинных...
-
Архитектура фон Неймана - Характеристика, классификация и принцип работы центральных процессоров
Большинство современных процессоров для персональных компьютеров в общем основаны на той или иной версии циклического процесса последовательной обработки...
-
Общая характеристика редактора изображений CorelDraw - Компьютерная графика в рекламе
Характеристика программы, интерфейса. CorelDraw предназначен для работы с векторной графикой и является несомненным лидером среди подобных программ....
-
Выбор комплекса задач обеспечения информационной безопасности Современные системы контроля и управления доступом (СКУД, СКиУД) способны максимально...
КЭШ-память - Современные процессоры, их сравнительные характеристики