Розшарування пам’яті

Кеш-пам’ять

Кеш-пам’ять є буферною пам’яттю в основній пам’яті, вона містить дані у сукупності з їх адресою в основній пам’яті. Буферна пам’ять організована як асоціативна, тобто вона дозволяє серед тих елементів, що зберігаються, вибрати дані, в яких співпадають значення розрядів з шаблоном вибірки. Такий шаблон вибірки називається ключем. Наприклад, якщо ключ має значення 1 у третьому розряді та 0 у п’ятому, то при вибірці будуть знайдені усі комірки асоціативної пам’яті, в яких третій розряд дорівнює 1, п’ятий – 0.

Звертання до такої пам’яті з використанням поля адреси як ключа дозволяє вибирати дані незалежно від місця їх розташування в асоціативній пам’яті. Зберігання адрес разом з даними дозволяє однозначно ідентифікувати дані з їх адресами при передачі між рівнями пам’яті та легко знаходити дані на будь-якому рівні пам’яті. (Існує ієрархічна структура пам’яті: на верхньому рівні знаходяться регістри процесора, доступ до яких здійснюється найшвидше; далі йде кеш-пам’ять, обсяг якої може становити від 32 Кбайт до декількох мегабайтів; потім йде основна пам’ять, яка може вміщувати від 16 Мбайт до десятків гігабайтів; далі йдуть магнітні диски; потім накопичувачі на магнітній стрічці та оптичні диски для зберігання архівів. У міру просування зверху вниз по ієрархії змінюються три параметри: збільшується час доступу – доступ до регістрів займає декілька наносекунд, до кеш-пам’яті дещо більше, до основної пам’яті - декілька десятків наносекунд, до дисків – 10 мкс, до магнітних стрічок та оптичних дисків – секунди; зростає обсяг пам’яті – регістри можуть містити 128 кбайт, кеш-пам’ять – декілька мегабайтів, основна пам’ять – десятки тисяч мегабайтів, магнітні диски – до десятків гігабайтів, магнітні стрічки та оптичні диски зберігаються окремо від комп’ютера, тому їх сукупний обсяг обмежується фінансовими можливостями власника; збільшується кількість бітів, які користувач отримує за долар – вартість обсягу основної пам’яті складає декілька доларів за мегабайт, магнітних дисків – декілька центів за мегабайт, магнітної стрічки – декілька доларів за гігабайт).

Кеш-пам’ять має сукупність рядків (cache-lines), кожний з яких складається з фіксованої кількості адресованих одиниць пам’яті (байтів, слів), що зберігаються в основній пам’яті як комірки з послідовними адресами. Типовий розмір кеш-рядка 16, 64 128, 256 байтів.

Розшарування пам’яті використовується як одна з форм локальності даних, що оброблюються, а саме: послідовність звернень до пам’яті з фіксованим порядком адрес, що використовуються, наприклад, наступна адреса обчислюється як сума попередньої та деякого фіксованого зсуву, який зазвичай дорівнює 1. При фіксованому порядку звернень пам’ять може бути побудована як багатоблочна, в якій блок (він називається ступенем розшарування) використовується для зберігання даних. Оскільки будь-які послідовні звернення до пам’яті адресуються у різні блоки, то вони можуть виконуватися паралельно. Тобто створюється ефект скорочення часу доступу до пам’яті великого обсягу. Тому вибірка команд програми, за виключенням команд, які результатом розгалуження, може бути прискорена застосуванням розшарування пам’яті.

Дата добавления: 2014-01-07