рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Раздел Компьютеры
/
Внутреннее устройство кэша

Реферат Курсовая Конспект

Выберите учебное заведение

Внутреннее устройство кэша

Внутреннее устройство кэша - раздел Компьютеры, Обзор компьютерных систем В Данной Книге Внутреннее Устройство Кэша Подробно Не Рассматривается. В Этом...

В данной книге внутреннее устройство кэша подробно не рассматривается. В этом разделе кратко перечислены лишь основные его элементы. В дальнейшем читатель сможет убедиться, что при изучении устройства виртуальной памяти и дискового кэша мы имеем дело с похожими вопросами. Все их можно разбить на следующие категории:

• размер кэша;

• размер блока;

• функция отображения;

• алгоритм замещения;

• стратегия записи.

С такой характеристикой, какразмер кэша, мы уже знакомы. Оказывается, что даже сравнительно маленький кэш может оказать значительное влияние на производительность компьютера. Другим важным параметром является размер блока, задающий величину порции данных, которая передается из основной памяти в кэш.При увеличении размера блока в соответствии с принципом локализации обращений растет результативность поиска, поскольку в кэш попадает больше полезных данных. Однако есть некое предельное значение, при превышении которого результативность поиска начинает уменьшаться. Это происходит тогда, когда вероятность использования вновь считанных данных становится меньше, чем вероятность повторного использования данных, которые необходимо удалить из кэша, чтобы освободить место для нового блока.

При считывании в кэш нового блока данныхфункция отображения определяет, какое место будет отведено для этого блока. Разрабатывая эту функцию, необходимо учитывать два фактора, накладывающих на нее определенные ограничения. Во-первых, при считывании блока, вероятно, он заменит другой блок в кэше. Хотелось бы сделать это таким образом, чтобы свести к минимуму вероятность того, что заменяемый блок понадобится в ближайшем будущем. Чем более гибкой является функция отображения, тем больше возможностей для разработки такого алгоритма замены, который бы позволил увеличить результативность поиска. Во-вторых, с увеличением гибкости функции отображения должны усложняться схемы, позволяющие определить наличие в кэше требуемой информации и обеспечитьее поиск,

При загрузке блоков в кэш в конце концов наступает момент, когда все слоты заполняются и новый блок нужно записывать на место, занятое каким-то другим блоком. Выбор этого блока осуществляется в соответствии салгоритмом замещения, на который накладывает ограничения отображающая функция.При этом желательно было бы убрать именно тот блок, который, скорее всего, не понадобится в ближайшем будущем. Хотя достоверно определить его невозможно» достаточно эффективной стратегией является замена блока, к которому дольше всего не было обращений. Такая стратегия называется политикой недавнего использования блока (least-recently-used — LRU). Для определения используемости блоков необходим соответствующий аппаратно реализованный механизм.

Перед изменением содержимого слота кэшаего старое содержимое необходимо записать в основную память. Случаи, когда нужно выполнять операции записи, определяютсястратегией записи. Одним из предельных случаев является такой, когда запись производится при каждом обновлении блока. В другом случае запись производится только при замене данного блока новым. Такая стратегиясводит к минимуму количество операций записи в память, но при этом в блоках основной памяти содержится устаревшая информация, что может привести к ошибкам при многопроцессорной работе, а также при прямом доступе к памяти со стороны модулей ввода-вывода.

Развернуть

Открыть в широком формате

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

Обзор компьютерных систем

Таблица Классы прерываний Программнное прерывание Прерывание по таймеру Прерывание... Прерывания в основном предназначены для повышения эффективности ра боты Например большинство устройств ввода вывода...

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Внутреннее устройство кэша

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

Обзор компьютерных систем
1.1. Основные элементы 1.2. Регистры процессора 1.3. Исполнение команд 1.4. Прерывания 1.5. Иерархия запоминающих устройств 1.6. Кэш 1.7. Техно

ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ
На макроуровне компьютер состоит из процессора, памяти и устройств ввода-вывода; при этом каждый компонент представлен одним или несколькими модулями. Чтобы компьютер мог выполнять свое основное п

РЕГИСТРЫ ПРОЦЕССОРА
В процессоре имеется набор регистров, представляющих собой область памяти быстрого доступа» но намного меньшей емкости, чем основная память. Регистры процессора выполняют две функции.

Регистры, доступные пользователю
К доступным регистрам пользователь может обращаться с помощью команд машинного языка. К этим регистрам, как правило, имеют доступ все программы — как приложения, так и системные. Обычно среди дост

Управляющие регистры и регистры состояния
Для контроля над работой процессора используются различные регистры. В большинстве машин эти регистры в основном не доступны пользователю. Некоторые из них могут быть доступны для машинных команд,

ИСПОЛНЕНИЕ КОМАНД
Программа, которую выполняет процессор, состоит из набора хранящихся в памяти команд. В простейшем виде обработка команд проходит в две стадии: процессор считывает (выбирает) из памяти, а затем зап

Выборка и исполнение команды
В начале каждого цикла процессор выбирает из памяти команду. Обычно адрес ячейки, из которой нужно извлечь очередную команду, хранится в программном счетчике (PC), Если не указано иное, после извл

Функции ввода-вывода
До сих пор мы рассматривали операции компьютера, управляемые процессором, основное внимание обращая на взаимодействие процессора и памяти. О роли компонентов ввода-вывода было упомянуто лишь вскол

Прерывания и цикл команды
Благодаря прерываниям во время выполнения операций ввода-вывода процессор может быть занят обработкой других команд. Рассмотрим ход процесса, показанный на рис. 1.5,б. Как и в предыдущем с

Множественные прерывания
До сих пор нами рассматривался случай возникновения одного прерывания. Представим себе ситуацию, когда может произойти несколько прерываний. Например, программа получает данные по коммуникационной

Многозадачность
Бывает, что для эффективного использования процессора одних прерываний недостаточно. Обратимся, например, к рис. 1.9,6. Если время, которое требуется для выполнения операций ввода-в

ИЕРАРХИЯ ЗАПОМИНАЮЩИХ УСТРОЙСТВ
Конфигурация памяти компьютера в основном определяется тремя параметрами: объем, быстродействие, стоимость. Вопрос об объеме решить не так просто. Какой большой ни была бы память, все ра

Обоснование
При выполнении каждого цикла команды процессор по крайней мере один раз обращается к памяти, чтобы произвести выборку команды. Часто это происходит повторно, причем возможны случаи нескольких повто

Принципы работы кэша
Кэш предназначен для того, чтобы приблизить скорость доступа к памяти к максимально возможной, и в то же время обеспечить большой объем памяти по цене более дешевых типов полупроводниковой памяти.

Программируемый ввод-вывод
Когда процессору при выполнении программы встречается команда, связанная с вводом-выводом, он выполняет ее, передавая соответствующие команды контроллеру ввода-вывода. При программи

Ввод-вывод с использованием прерываний
Проблема программируемого ввода-вывода состоит в том, что процессор должен долго ждать, пока контроллер ввода-вывода будет готов читать или принимать новые данные. Во время ожидания процессор долж

Прямой доступ к памяти
Хотя ввод-вывод, управляемый прерываниями, более эффективен, чем простой программируемый ввод-вывод, он все еще занимает много процессорного времени для передачи данных между памятью и контроллеро

Локализация
Основой для повышения производительности двухуровневой памяти является принцип локализации, о котором шла речь в разделе 1.5. Основной постулат состоит в том, что последовательные обращения к памя

Функционирование двухуровневой памяти
Принцип локализации может быть использован для разработки схемы двухуровневой памяти. Память верхнего уровня (Ml) имеет меньшую емкость, она быстрее, и каждый ее бит дороже по сравнению с памятью

Производительность
Рассмотрим некоторые параметры, характеризующие механизм двухуровневой Памяти. Сначала рассмотрим стоимость, которая выражается следующим образом:

Реализация стека
Стек — это упорядоченный набор элементов, причем при обращении к нему можно получить доступ лишь к одному из элементов. Этот элемент называется вершиной стека. Число элементов стека (его дли

Вызов процедуры и возврат из нее
Общепринятым методом управления вызовами процедур и возвратами из них является использование стека. При обработке вызова процессор помещает в стек адрес возврата. При возврате из проц

Реентерабельные процедуры
Реентерабельная (повторно входимая) процедура является весьма полезной концепцией, особенно успешно применяемой в многопользовательских и многозадачных системах. Реентерабельной называется процеду