Организация кэш-памяти - Проблема организации и хранения данных
Концепция кэш-памяти возникла раньше, чем архитектура IBM/360. Сегодня кэш-память имеется практически в любом классе компьютеров, а в некоторых компьютерах - во множественном числе.
Рассмотрим организацию кэш-памяти более детально, отвечая на поставленные выше вопросы об иерархии памяти.
Где может размещаться блок в кэш-памяти? Принципы размещения блоков в кэш-памяти определяют три основных типа их организации:
Если каждый блок основной памяти имеет только одно фиксированное место, на котором он может появиться в кэш-памяти, то такая кэш-память называется кэшем с прямым отображением (direct mapped). Это наиболее простая организация кэш-памяти, при которой для отображения адресов блоков основной памяти на адреса кэш-памяти просто используются младшие разряды адреса блока. Таким образом, все блоки основной памяти, имеющие одинаковые младшие разряды в своем адресе, попадают в один блок кэш-памяти, т. е. (адрес блока кэш-памяти) = (адрес блока основной памяти)Чmod (число блоков в кэш-памяти);
Если некоторый блок основной памяти может располагаться на любом месте кэш-памяти, то кэш называется полностью ассоциативным (fully associative);
Если некоторый блок основной памяти может располагаться на ограниченном множестве мест в кэш-памяти, то кэш называется множественно-ассоциативным (set associative).
Блок может размещаться на любом месте данного множества.
Как найти блок, находящийся в кэш-памяти? У каждого блока в кэш-памяти имеется адресный тег, указывающий, какой блок в основной памяти данный блок кэш-памяти представляет. Эти теги обычно одновременно сравниваются с выработанным процессором адресом блока памяти. Кроме того, необходим способ определения того, что блок кэш-памяти содержит достоверную или пригодную для использования информацию.
Какой блок кэш-памяти должен быть замещен при промахе? При возникновении промаха контроллер кэш-памяти должен выбрать подлежащий замещению блок. Как правило, для замещения блоков применяются две основные стратегии: случайная и Least-Recently Used (LRU). В первом случае, чтобы иметь равномерное распределение, блоки-кандидаты выбираются случайно. В некоторых системах, чтобы получить воспроизводимое поведение, которое особенно полезно но время отладки аппаратуры, используют псевдослучайный алгоритм замещения.
Во втором случае, чтобы уменьшить вероятность выбрасывания информации, которая скоро может потребоваться, все обращения к блокам фиксируются. Заменяется тот блок, который не использовался дольше всех.
Достоинство случайного способа заключается в том, что его проще реализовать в аппаратуре. Когда число блоков для поддержания трассы увеличивается, алгоритм LRU становится все более дорогим и часто только приближенным. В табл. 5 показаны различия в долях промахов при использовании алгоритма замещения LRU и случайного алгоритма.
Таблица 2. Доля промахов при использовании алгоритма замещения LRU и случайного алгоритма (Random)
Размер, кэш-памяти, Кбайт |
Ассоциативность, % | |||||
2-канальная |
4-канальная |
8-канальная | ||||
LRU |
Random |
LRU |
Random |
LRU |
Random | |
16 |
5,18 |
5,69 |
4,67 |
5,29 |
4,39 |
4,96 |
64 |
1,88 |
2,01 |
1,54 |
1,66 |
1,39 |
1,53 |
256 |
1,15 |
1,17 |
1,13 |
1,13 |
1,12 |
1,12 |
Очень часто организация кэш-памяти в разных машинах отличается именно стратегией выполнения записи. Когда выполняется запись в кэш-память, имеются две базовые возможности:
Сквозная запись (write through, store through) - информация записывается в два места (в блок кэш-памяти и блок более низкого уровня памяти);
Запись с обратным копированием (write back, copy back, store in) - информация записывается только в блок кэш-памяти. Модифицированный блок кэш-памяти записывается в основную память только тогда, когда он замещается. Для сокращения частоты копирования блоков при замещении обычно с каждым блоком кэш-памяти связывается так называемый бит модификации (dirty bit). Этот бит состояния показывает, был ли модифицирован блок, находящийся в кэш-памяти. Если он не модифицировался, то обратное копирование отменяется, поскольку более низкий уровень содержит ту же самую информацию, что и кэш-память.
При промахе во время записи имеются две дополнительные возможности: разместить запись в кэш-памяти и не размещать запись в кэш-памяти.
Разместить запись в кэш-памяти (write allocate) (называется также выборкой при записи (fetch on write)) означает, что блок загружается в кэш-память, вслед за чем выполняются действия, аналогичные выполняющимся при выполнении записи с попаданием. Это похоже на промах при чтении.
Не размещать запись в кэш-памяти (называется также записью в окружение (write around)), означает, что блок модифицируется на более низком уровне и не загружается в кэш-память.
Обычно в кэш-памяти, реализующей запись с обратным копированием, используется размещение записи в кэш-памяти (в надежде, что последующая запись в этот блок будет перехвачена), а в кэш-памяти со сквозной записью размещение записи в кэш-памяти часто не используется (поскольку последующая запись в этот блок все равно пойдет в память).
Похожие статьи
-
При этой стратегии файловое пространство не разделяется на области, но для каждой записи добавляются два указателя: указатель на предыдущую запись в...
-
Организация основной памяти - Проблема организации и хранения данных
Основная память в современных компьютерах представляет собой следующий уровень иерархии памяти. Основная память удовлетворяет запросы кэш-памяти и служит...
-
Физические модели хранения данных определяют методы размещения данных в памяти компьютера или на соответствующих носителях информации, а также способы...
-
Структура записей данных в таких файлах имеет вид, представленный на рис. 4. Рис. 4 Структура записей данных в файлах с неплотным индексном При такой...
-
Виртуальная память как средство организации защиты данных - Проблема организации и хранения данных
Общепринятая в настоящее время концепция виртуальной памяти появилась достаточно давно. Она позволила решить целый ряд актуальных вопросов организации...
-
Назначение и функции программной системы Разработанная база данных "Библиотека" предназначена для использования в учреждениях библиотек. Основной...
-
Страничная организация памяти - Проблема организации и хранения данных
В системах со страничной организацией основная и внешняя память (главным образом дисковое пространство) делятся на блоки, или страницы, фиксированной...
-
Файлы с плотным индексом или индексно-прямые файлы - Проблема организации и хранения данных
В этих файлах основная область содержит последовательность записей одинаковой длины, расположенных в произвольном порядке, а структура индексной записи в...
-
В основе реализации организации памяти современных компьютеров лежат два принципа: принцип локальности обращений и соотношение...
-
Разрешение коллизии с помощью области переполнения - Проблема организации и хранения данных
При выборе этой стратегии область хранения разбивается на две части: основную область и область переполнения. Для каждой новой записи вычисляется...
-
Корпуса и маркировка, Логическая организация памяти - Аппаратные средства IBM PC
Элементы динамической памяти для персональных компьютеров бывают конструктивно выполнены либо в виде отдельных микросхем в корпусах типа DIP (Dual In...
-
Сегментация памяти - Проблема организации и хранения данных
В системах с сегментацией памяти каждое слово в адресном пространстве пользователя определяется виртуальным адресом, состоящим из двух частей: старшие...
-
Где может размещаться блок в кэш-памяти? - Компьютерные и сетевые технологии
Принципы размещения блоков в кэш-памяти определяют три основных типа их организации: Если каждый блок основной памяти имеет только одно фиксированное...
-
Организация парольной защиты - Проектирование и разработка базы данных "Прокат автомобилей"
По мере того как деятельность организаций все больше зависит от компьютерных информационных технологий, проблемы защиты баз данных становятся все более...
-
Формы - Проблема организации и хранения данных
Работа с данными в режиме таблицы имеет существенный недостаток: если полей слишком много, они не умещаются на экране и приходится прибегать к различным...
-
Отчеты, Макросы - Проблема организации и хранения данных
Отчеты используются для отображения данных таблицы или запроса в удобном для пользователя формате (с заголовками и номерами страниц). Больше всего...
-
У каждого блока в кэш-памяти имеется адресный тег, указывающий, какой блок в основной памяти данный блок кэш-памяти представляет. Эти теги обычно...
-
Хранение, кодирование и пpеобpазование данных - Единицы измерения информации в памяти ПК
Хранение информации в памяти ЭВМ - одна из основных функций компьютера. Любая информация хранится с использованием особой символьной формы, которая...
-
ER - диаграмма базы данных была представлена на рис. 2. Рис.2. ER-диаграмма базы данных. Таблица admin - содержит два столбца login и password которые...
-
Заключение, Список использованной литературы - Проблема организации и хранения данных
Таким образом, в процессе проектирования базы данных, можно прийти к выводу, что правильная организация хранения и представления данных является...
-
Схема каскадирования. Организация запоминающих устройств. Для запоминания информации в цифровых схемах используется либо триггер, либо конденсатор. В...
-
Уровни и типы моделей БД - Банки и базы данных. Системы управления базами данных
Любая БД отражает информацию об определенной предметной области. В зависимости от уровня абстракции, на котором представляется предметная область,...
-
Введение - Некоммерческие организации и проблемы их развития
В настоящее время в России актуальной является проблема становления гражданского общества. Институтами гражданского общества считают органы местного...
-
Гражданское общество в России - Некоммерческие организации и проблемы их развития
С гражданским обществом в России дело обстояло сложнее, чем не только на Западе, но и во многих странах Востока. По характеру доминирующей роли...
-
Проектирование рабочих мест ПК относится к числу важных проблем эргономического проектирования в области вычислительной техники. Правильная организация...
-
Введение, Роль и значение информационных революций. - Проблемы компьютеризации общества
Трудно назвать другую сферу человеческой деятельности, которая развивалась бы столь стремительно и порождала бы такое разнообразие проблем и мнений, как...
-
Основная часть, Физические модели таблиц базы данных - Проблема организации и хранения данных
Физические модели таблиц базы данных Физическая модели таблицы базы данных предполагает описание свойств каждого поля таблицы. Для описания свойств полей...
-
Введение - Проблема организации и хранения данных
В деловой и личной сфере часто приходится работать с данными из разных источников, каждый из которых связан с определенным видом деятельности. Для...
-
Модели информационных процессов передачи, обработки, накопления данных Обобщенная схема технологического процесса обработки информации При производстве...
-
Запросы - Проблема организации и хранения данных
Запрос представляет собой специальную функцию, позволяющую выводить необходимые поля из таблицы, а также производить операции с данными полями в режиме...
-
Теоретические предпосылки исследования Системы поддержки принятия решений Системы поддержки принятия решений (СППР), представляют собой приложения узкого...
-
В данном разделе была разработана функциональная схема работы программного комплекса, которая в общем виде описывает состав комплекса, характер и виды...
-
Необходимо исследовать зависимость влияния различных факторов на параметр, характеризующий производство. В качестве такого параметра было выбрано...
-
Ожидается, что предлагаемая библиотека даст большой прирост в производительности операций чтения, заполнив собственную нишу среди решений проблем...
-
Важнейший элемент АИС--информационное обеспечение. Информационное обеспечение предназначено для отражения информации, характеризующей состояние...
-
Организация работы добровольческого центра - Некоммерческие организации и проблемы их развития
Добровольческий центр выполняет следующие функции: Анализирует ситуацию по развитию добровольчества в городе; Выявляет проблемы, решение которых требует...
-
Основные понятия баз данных. Цели использования баз данных - Разработка базы данных
В широком смысле слова база данных (БД) - это совокупность сведений о конкретных объектах реального мира в какой-либо предметной области. Для удобной...
-
Рисунок 1. Пример сложной схемы БД Пример проблемной ситуации, которую этот проект должен разрешить представлен на рис. 1. Организатор проводит события...
-
Физические модели БД - Банки и базы данных. Системы управления базами данных
Под физической моделью БД понимается способ размещения данных на устройствах внешней памяти и способ доступа к этим данным. Каждая СУБД по-разному...
-
У рассмотренных ранее программ для трехмерной реконструкции имеются несколько недостатков при вычислении цвета модели. Выражаются они в том, что цвет...
Организация кэш-памяти - Проблема организации и хранения данных