Многоуровневая кэш-память. Принстонская и гарвардская архитектуры кэш-памяти

Проблема: с увеличением емкости кэш-памяти падает ее быстродействие.

Решение: общую емкость кэша увеличивают за счет дополнительной (внешней) кэш-памяти, расположенной между внутренней кэш-памятью и ОП, – двухуровневая кэш-память. Уровни соотносятся по емкости, быстродействию и стоимости в соответствии с иерархическим принципом.

Пример: двухуровневая память:

Устройство	Внутрення	Внешняя
Уровень	L1	L2
Расположение	на кристалле ЦП	чаще всего на кристалле ЦП
Быстродействие	наивысшее	ниже
Технология	SRAM	SRAM
Емкость, Кбайт	не более 64	256, 512, реже 1024

При доступе ЦП к памяти:

1. Обращение к L1-кэш.

2. В случае промаха – обращение к L2-кэш.

3. Если информация отсутствует и в L2, выполняется обращение к ОП; соответствующий блок заносится сначала в L2, а затем и в L1.

Среднее время доступа:

Для одноуровневой памяти: Tcp = T_L1h + K_L1m x T_L1m

Для многоуровневой памяти: Tcp = T_L1h + K_L1m x T_L2h + K_L2m x T_L2m

К_L1m – коэффициент промахов;

T_L1m – потери на промах;

T_L1h – потери при попадании.

Смешанная и раздельная кэш-память:

Смешанная используется для команд и данных (Принстонская архитектура); появилась первой. При заданной емкости более высокая вероятность попаданий (благодаря автобалансировке между командами и данными).

Раздельная состоит из двух блоков: отдельно для команд и отдельно для данных (Гарвардская архитектура). Присутствует возможность бесконфликтной одновременной выборки команд и данных (актуально для систем с конвейеризацией команд)

69. Виртуализация памяти компьютеров: предпосылки внедрения, принцип реализации, виды виртуальной памяти.

Предпосылки:

- размещение всех программы в ОП невозможно из-за большого размера программы, необходимости размещать несколько программ.

- в отдельные моменты времени используются сравнительно небольшие участки памяти.

Решение: используемые части программ хранятся в ОП, остальные – на внешних ЗУ. Сложность: различия механизм обращения к ОП и внешним ЗУ усложняют задачу. Выход – виртуализация памяти.

Виртуализация памяти – способ аппаратно-программной реализации концепции иерархической организации памяти.

ОП – линейное пространство N адресов – физическое пространство памяти. Для задач, требующих больше N ячеек, предоставляется значительно большее адресное пространство – виртуальное пространство. Каждому виртуальному адресу соответствует физический. В процессе вычислений:

- виртуальное пространство отображается на физическое;

- виртуальные адреса преобразуются в физические.

Виды систем виртуальной памяти:

- с фиксированным размером блока (страничная организация);

- с переменным размером блоков (сегментная адресация).

На практике: совмещают виды – сегментно-страничная адресация.