Уровни кэш-памяти

КЭШ-память.

КЭШ-память - это буферная, недоступная для пользователя быстродействующая память, автоматически используемая компьютером для ускорения операций с информацией, хранящейся в более медленно действующих запоминающих устройствах. КЭШ-память является буфером между устройствами компьютера, которые обрабатывают данные с различной скоростью (например, ОЗУ и микропроцессор, ОЗУ и жесткий диск и т.д.), и позволяющая увеличить скорость выполнения операций.

Она хранит набор наиболее важных команд микропроцессора или данных и обеспечивает упреждающий вызов нужных команд и данных. Суть такого упреждения заключается в том, что многие команды микропроцессора заранее предполагают какие-то действия. Например, прежде чем выполнить арифметическую операцию, нужно вывести данные из определенных регистров микропроцессора. В КЭШ-памяти хранятся данные, которые МП получил и будет использовать в ближайшие такты своей работы. Быстрый доступ к этим данным и позволяет сократить время выполнения очередных команд программы. При выполнении программы данные, считанные из ОП с небольшим опережением, записываются в КЭШ-память.

Если востребованная команда или данные находятся в кэше - говорят о попадании запроса. В этом случае команда или данные быстро извлекаются из кэша (гораздо быстрее, чем из ОЗУ или иного накопителя). При этом процессор не тратит время на ожидание. Если происходит пропуск, то команда или данные изымаются из ОЗУ или других средств хранения информации в обычном порядке, что замедляет работу микропроцессора.

По принципу записи различают два типа КЭШ-памяти:

• КЭШ-память "с обратной записью" - результаты операций прежде, чем их записать в оперативную память, фиксируются в КЭШ-памяти, а затем контроллер КЭШ-памяти самостоятельно перезаписывает эти данные в оперативной памяти;
• КЭШ-память "со сквозной записью" – результаты операций одновременно, параллельно записываются и в КЭШ-память, и в оперативную память.

Первый уровень кэширования - кэш-память, встроенная в сам микропроцессор. Кэш-память микропроцессора очень быстрая, поэтому эффективность ее весьма высока, хотя объем невелик - от 4 до 23 Кб. Например, для ускорения операций с основной памятью организуется регистровая КЭШ-память внутри микропроцессора.

Второй уровень кэширования - внешняя кэш-память, которая служит для ускорения операций с основной памятью. Она устанавливается на материнскую плату в виде микросхем. Хотя они не столь быстры, как элементы кэш-памяти микропроцессора, у них есть важное преимущество - существенно больший объем памяти. Он достигает 256-512 Кб. В такой "кэш" влезают целые программы или крупные их куски.

Третий уровень кэширования - кэш-память некоторых периферийных устройств, которая служит для ускорения операций с дисковой памятью. Чаще всего она применяется в контроллерах жесткого диска, поскольку такие диски обмениваются с компьютером большими объемами информации. Контроллеры дисков с кэшированием резко сокращают время поиска информации на диске.

Четвертый уровень кэширования - использование в качестве кэш-памяти части обычного ОЗУ. Конечно, такая память бесполезна для ускорения операций с самим ОЗУ. Однако многие программы используют неоднократно информацию, записанную на жестком или лазерном диске - а они имеют намного меньшую скорость обмена с микропроцессором, чем ОЗУ. Поэтому применение ОЗУ для кэширования периферийных устройств может заметно ускорить быстродействие компьютера в целом. Для кэширования жесткого диска рекомендуется устанавливать кэш-память объемом не более 1-2 Мб. Следует иметь в виду, что наличие КЭШ-памяти емкостью 256 Кбайт увеличивает производительность ПК примерно на 20%.

Дата добавления: 2014-12-07