Кеш (cache) памет

Кеш (cache) памет


1.
Приложение на кеш паметта в компютърните конфигурации.
2.
Кеш памет, използвана в CPU. Нива на кеширане.
3.
Видове кеш памети в зависимост от използваната архитектура.
4.
Достъп да кеш паметта. Основни термини.
5.
Видове кеш памети в зависимост от адресирането им.
5.1.
Сегментиране и странициране на паметта.
5.2.
Кеш с директна адресация (неасоциативна кеш)
Пример: 32-битов CPU, 16MB DRAM, 64KB кеш с организация 16384 кеш линии x
4
байта всеки.
-
избор на байт от кеш линия: 2 бита (поле bs);
-
избор на номер на кеш линия: 14 бита (поле index);
-
избор на блок от 64KB с който текущо се работи: 8 бита (поле tag);
-
резервни (битове 24-31).

Предимства и недостатъци.
5.3.
Напълно асоциативна кеш
Пример: 32-битов CPU, 16MB DRAM, 1KB кеш с организация 256 кеш линии x 4
байта всеки.
-
избор на байт от кеш линия: 2 бита (поле bs);
-
избор на номер на блок: 22 бита (поле tag);

Предимства и недостатъци.
5.4.
Асоциативна в няколко направления кеш (групово асоциативна)
Пример: 32-битов CPU, 8KB кеш, асоциативна в 4 направления, 16B кеш линия
-
избор на байт от кеш линия: 4 бита (поле bs);
-
избор на номер на множество: 7 бита (поле index);
-
идентификатор за различаване на данните в кеш редовете от всяко множество:
21
бита (поле tag).
CPU I80486:
Организация на кеш:

6. Основни методи за кеширане
- WT (Write-Through), WT
с буфериране;
- WB (Write Back), WB
с буфериране;
- WP (Write Protected);
7.
Протоколи за управление на кеш. Протокол MESI (Modified, Exclusive, Shared,
Invalid)

Instruction cache:
Valid – редът съдържа информация;
Invalid –
редът не съдържа информация.
Data cache:
Modified – редът е валиден, но образът му в DRAM съдържа остаряла информация.
Редът няма копие в други процесори. Записът в реда не води до запис в DRAM.

Exclusive – редът е валиден, образът му в DRAM съдържа валидна информация. Редът
няма копие в други процесори. Записът в реда не води до запис в DRAM, но се променя
състоянието му – modified.

Shared - редът е валиден, образът му в DRAM съдържа валидна информация. Възможно
е редът да има копие в кеш на други процесори. Записът в реда води до запис в DRAM
при WT и WP.

Invalid – Редът е невалиден. Записът в реда води до запис в DRAM.

8.
Стратегии за освобождаване на кеш блок:

Least Recently Used (LRU) – освобождава се блокът, който най-дълго не е бил
адресиран.

Least Recently Allocated (LRA) – освобождава се блокът, който най-отдавна е бил
разпределен.