Кэш-памяти и основной памяти

Алгоритмы согласования содержимого

В процессе вычислений ЦП может не только считывать имеющуюся информацию,

но и записывать новую, обновляя тем самым содержимое кэш-памяти. С другой

стороны, многие устройства ввода/вывода умеют напрямую обмениваться инфор-

мацией с основной памятью. В обоих вариантах возникает ситуация, когда содер-

жимое строки кэша и соответствующего блока ОП перестает совпадать. В резуль-

тате на связанное с основной памятью устройство вывода может быть выдана

≪устаревшая≫ информация, поскольку все изменения в ней, сделанные процессо-

ром, фиксируются только в кэш-памяти, а процессор будет использовать старое

содержимое кэш-памяти вместо новых данных, загруженных в ОП из устройства

ввода.

Для разрешения первой из рассмотренных ситуаций (когда процессор выпол-

няет операцию записи) в системах с кэш-памятью предусмотрены методы обнов-

ления основной памяти, которые можно разбить на две большие группы: метод

сквозной записи (write through) и метод обратной записи (write back).

По методу сквозной записи прежде всего обновляется слово, хранящееся в ос-

новной памяти. Если в кэш-памяти существует копия этого слова, то она также

обновляется. Если же в кэш-памяти отсутствует нужная копия, то либо из основ-

ной памяти в кэш-память пересылается блок, содержащий обновленное слово

(сквозная запись с отображением); либо этого не делается (сквозная запись без

отображения).

Главное достоинство метода сквозной записи состоит в том, что когда строка

в кэш-памяти назначается для хранения другрго блока, то удаляемый блок можно

не возвращать в основную память, поскольку его копия там уже имеется. Метод

достаточно прост в реализации. К сожалению, эффект от использования кэш-па-

мяти (сокращение времени доступа) в отношении к операциям записи здесь от-

сутствует. Данный метод применен в микропроцессорах i486 фирмы Intel.

Определенный выигрыш дает егр модификация, известная как метод буфери-

зированной сквозной запцси. Информация сначала записывается в кэш-память и в

специальный буфер, работающий по схеме FIFO. Запись в основную память про-

изводится уже из буфера, а процессор, не дожидаясь ее окончания, может сразу же

продолжать свою работу. Конечно, соответствующая логика управления должна

заботиться о том, чтобы своевременно ≪опустошать≫ заполненный буфер. При ис-

пользовании буферизации процессор полностью освобождается от работы с ОП.

Согласно методу обратной записи, слово заносится только в кэш-память. Если

соответствующей строки в кэш-памяти нет, то нужный блок сначала пересылается

из ОП, после чего запись все равно выполняется исключительно в кэш-память.

При замещении строки ее необходимо предварительно переслать в соответствую-

щее место основной памяти. Для метода обратной записи, в отличие от алгоритма

сквозной записи, характерно то, что при каждом чтении из основной памяти осу-

ществляются две пересылки между основной и кэш-памятью.

Дата добавления: 2014-01-14