Анализ работы кэш-памяти

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ        3

1 Общие положения        4

2 Принцип работы кэш-памяти        5

3 Виды кэш-памяти по типам организации        9

4 Сквозная и обратная запись кэш-памяти        12

5 Уровни кэш-памяти процессора        13

6 Принцип реализации кэш-памяти на уровне интегральных микросхем        16

ЗАКЛЮЧЕНИЕ        18

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ        19

[pic 1]

ВВЕДЕНИЕ

Существующая уже более 100 лет архитектура компьютера, предложенная еще Фон Нейманом, практически не претерпела изменения. Одним из важнейших устройств компьютера является память, или запоминающее устройство.

Запоминающее устройство (память) – это функциональная часть цифровой вычислительной машины, предназначенной для записи, хранения и выдачи информации, представленных в цифровом виде. Внутренняя память компьютера включает в себя оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), кэш-память и флэш-память. В курсовой работе речь пойдет об устройстве и особенностях кэш-памяти [2].

Общими словами кэш-память — это память с большей скоростью доступа, предназначенная для ускорения обращения к данным, содержащимся постоянно в основной памяти компьютера с меньшей скоростью доступа

Целью курсовой работы является подробное рассмотрение и анализ работы кэш-памяти.

Для достижения поставленной цели потребуется выполнить следующий ряд задач:

• выделить основные характеристики кэш-памяти;
• рассмотреть структуру кэш-памяти;
• описать принцип работы кэш-памяти;
• выделить отличия кэш-памяти от других типов памяти;
• провести анализ кэш-памяти;
• рассмотреть реализацию кэш-памяти на уровне интегральных микросхем;

Объектом исследования в данной работе будет являться память компьютера, предметом исследования – кэш-память.

1 Общие положения

Кэш-память (КП) или кэш, представляет собой организованную в виде ассоциативного запоминающего устройства (АЗУ) быстродействующую буферную память ограниченного объема [5].

Кэш-память располагается между регистрами процессора и относительно медленной основной памятью и хранит наиболее часто используемую информацию совместно с ее признаками(тегами), в качестве которых выступает часть адресного кода. В процессе работы отдельные блоки информации копируются из основной памяти в кэш-память [8].

Таким образом, КЭШ – память – быстродействующая память небольшой емкости между центральным устройством и оперативной памятью (см. рис. 1).

[pic 2]

Рисунок 1 – Место кэш-памяти в системе.

Особенностью кэш- памяти является ее прозрачность адресуемой области памяти. Такая память представляет собой дополнительное хранилище копий информации из оперативной памяти. Вероятность обращения к данной информации велика и тогда кэш-память позволяет увеличить быстродействие системы [3].

Таким образом, микропроцессор формирует адресный сигнал для кэш-памяти, с помощью которого можно выбрать необходимую информацию и осуществить считывание записи.

2 Принцип работы кэш-памяти

Рассмотрим более детальный принцип работы кэш-памяти.

При обращении процессора за командой или данными сначала проверяется их наличие в кэш-памяти. Если необходимая информация находится в кэше, она быстро извлекается (кэш-попадание). Если необходимая информация отсутствует в кэш-памяти (кэш-промах), то она выбирается из основной памяти, передается в микропроцессор и одновременно заносится в кэш-память [7].

Повышение быстродействия вычислительной системы достигается в том случае, когда кэш-попадания реализуются намного чаще, чем кэш-промахи.