Дисковая кэш-память

Глава 5. Память

У рассматриваемого метода есть разновидность — метод флаговой обратной

записи. Когда в какой-то строке кэша производится изменение, устанавливается

связанный с этой строкой бит изменения (флажок). При замещении строка из кэш-

памяти переписывается в ОП только тогда, когда ее флажок установлен в 1. Ясно,

что эффективность флаговой обратной записи несколько выше. Такой метод ис-

пользуется в микропроцессорах класса i486 и Pentium фирмы Cyrix.

В среднем обратная запись на 10% эффективнее сквозной записи, но для ее реа-

лизации требуются и повышенные аппаратные затраты. С другой стороны, прак-

тика показывает, что операции записи составляют небольшую долю от общего ко-

личества обращений к памяти. Так, в [194] приводится число 16%. Другие авторы

оценивают долю операций записи величинами в диапазоне от 5 до 34%. Таким обра-

зом, различие по быстродействию между рассмотренными методами невелико.

Теперь рассмотрим ситуацию, когда в основную память из устройства ввода,

минуя процессор, заносится новая информация и неверной становится копия, хра-

нящаяся в кэш-памяти. Предотвратить подобную несогласованность позволя-

ют два приема. В первом случае система строится так, чтобы ввод любой информа-

ции в ОП автоматически сопровождался соответствующими изменениями в

кэш-памяти. Для второго подхода ≪прямой≫ доступ к основной памяти допускает-

ся только через кэш-память.

Смешанная и разделенная кэш-память

Когда в микропроцессорах впервые стали применять внутреннюю кэш-память, ее

обычно использовали как для команд, так и для данных; Такую кэш-память При-

нято называть смешанной, а соответствующую архитектуру — Принстонской (Princeton

architecture), по названию университета, где разрабатывались ВМ с единой

памятью для команд и данных, то есть соответствующие классической архитекту-

ре фон-Неймана. Сравнительно недавно стало обычным разделять кэш-память на

две — отдельно для команд и отдельно для данных. Подобная архитектура полу-

чила название Гарвардской (Harvard architecture), поскольку именно в Гарвард-

ском университете был создан компьютер ≪Марк-1≫ (1950 год), имевший раздель-

ные ЗУ для команд и данных.

Смешанная кэш-память обладает тем преимуществом, что при заданной емкости

ей свойственна более высокая вероятность попаданий по сравнению с разделен-

ной, поскольку в ней оптимальный баланс между командами и данными устанав-

ливается автоматически. Так, если в выполняемом фрагменте программы обраще-

ния к памяти связаны в основном с выборкой команд, а доля обращений к данным

относительно мала, кэш-память имеет тенденцию насыщаться командами, и на-

оборот.

С другой стороны, при раздельной кэш-памяти выборка команд и данных мо-

жет производиться одновременно, при этом исключаются возможные конфликты.

Последнее обстоятельство существенно в системах, использующих конвейериза-

цию команд, где процессор извлекает команды с опережением и заполняет ими

буфер или конвейер.

В табл. 5.7 приведены основные параметры внутренней кэш-памяти для наибо-

лее распространенных типов микропроцессоров.

Концепция кэш-памяти применима и к дисковым ЗУ. Принцип кэширования дис-

ков во многом схож с принципом кэширования основной памяти, хотя способы

доступа к диску и ОП существенно разнятся. Если время обращения к любой ячей-

ке ОП одинаково, то для диска оно зависит от целого ряда факторов. Во-первых,

нужно затратить некоторое время для установки головки считывания/записи на

нужную дорожку. Во-вторых, поскольку при движении головка вибрирует, необ-

ходимо подождать, чтобы она успокоилась. В-третьих, искомый сектор может ока-

заться под головкой также лишь спустя некоторое время.

Дисковая кэш-память представляет собой память с произвольным доступом,

≪размещенную≫ между дисками и ОП. Емкость такой памяти обычно достаточно

велика — от 8 Мбайт и более. Пересылка информации между дисками и основной

памятью организуется контроллером дисковой кэш-памяти. Изготавливается дис-

ковая кэш-память на базе таких же полупроводниковых запоминающих устройств,

что и основная память, поэтому в ряде случаев с ней обращаются как с дополни-

тельной основной памятью. С другой стороны, в ряде операционных систем, таких

как UNIX, в качестве дискового кэша используется область основной памяти.

В дисковой кэш-памяти хранятся блоки информации, которые с большой веро-

ятностью будут востребованы в ближайшем будущем. Принцип локальности, обес-

печивающий эффективность обычной кэш-памяти, справедлив и для дисковой,

приводя к сокращению времени ввода/вывода данных от величин 20-30 мс до зна-

чений порядка 2-5 мс, в зависимости объема передаваемой информации.

Дата добавления: 2014-01-14