Информационных технологий
Практическая работа № 8. Знакомство с организацией кэш-памяти учебной ЭВМ Цель работы: 1. Знакомство с организацией кэш-памяти в учебной ЭВМ. 2. Познакомиться с работой различных алгоритмов замещения строк кэш-памяти. 3. Изучение системы команд модельной ЭВМ. 4. Изучение процесса программирования на модели учебной ЭВМ.
Теоретические сведения:
Известно, что память ЭВМ предназначена для хранения программ и данных, причем эффективность работы ЭВМ во многом определяется характеристиками ее памяти. Во все времена к памяти предъявлялись три основных требования: большой объем, высокое быстродействие и низкая (умеренная) стоимость. Все перечисленные выше требования к памяти являются взаимно-противоречивыми, поэтому пока невозможно реализовать один тип ЗУ, отвечающий всем названным требованиям. В современных ЭВМ организуют комплекс разнотипных ЗУ, взаимодействующих между собой и обеспечивающих приемлемые характеристики памяти ЭВМ для каждого конкретного применения. В основе большинства ЭВМ лежит трехуровневая организация памяти: сверхоперативная (СОП) — оперативная (ОП) — внешняя (ВП). СОП и ОП могут непосредственно взаимодействовать с процессором, ВП взаимодействует только с ОП. СОП обладает максимальным быстродействием (равным процессорному), небольшим объемом (101—105 байтов) и располагается, как правило, на кристалле процессорной БИС. Для обращения к СОП не требуются магистральные (машинные) циклы. В СОП размещаются наиболее часто используемые на данном участке программы данные, а иногда — и фрагменты программы. Быстродействие ОП может быть ниже процессорного (не более чем на порядок), а объем составляет 106—109 байтов. В ОП располагаются подлежащие выполнению программы и обрабатываемые данные. Связь между процессором и ОП осуществляется по системному или специализированному интерфейсу и требует для своего осуществления машинных циклов. Информация, находящаяся в ВП, не может быть непосредственно использована процессором. Для использования программ и данных, расположенных в ВП, их необходимо предварительно переписать в ОП. Процесс обмена информацией между ВЗУ и ОЗУ осуществляется средствами специального канала или (реже) — непосредственно под управлением процессора. Объем ВЗУ практически неограничен, а быстродействие на 3—6 порядков ниже процессорного. Схематически взаимодействие между процессором и уровнями памяти представлено на рис. 8.1.
Рис. 8.1. Взаимодействие ЗУ различных уровней в составе ЭВМ
Виды организации СОП При организации памяти современных ЭВМ особое внимание уделяется принципам организации СОП и способам обмена информацией между СОП и ОП. Наибольшее распространение получили следующие три типа организации СОП: СОП с прямым отображением (direct mapped). В этом случае каждый блок основной памяти имеет только одно фиксированное место в СОП, на котором данные из этого блока могут появиться в кэш-памяти (рисунок 8.2). Рис. 8.2. СОП с прямым доступом Ассоциативная СОП (fully associative). Блок основной памяти может отображаться на любую строку кэш-памяти (рисунок 8.3).
Рис. 8.3. СОЗУ с ассоциативным доступом Принцип ассоциативного доступа состоит в следующем. Накопитель ассоциативного запоминающего устройства (АЗУ) разбит на два поля — информационное и признаков. Структура информационного поля накопителя соответствует структуре обычного ОЗУ, а запоминающий элемент поля признаков, помимо функции записи, чтения и хранения бита, обеспечивает сравнение хранимой информации с поступающей и выдачу признака равенства. Признаки равенства всех элементов одной ячейки поля признаков объединяются по "И" и устанавливают в 1 индикатор совпадения ИС, если информация, хранимая в поле признака ячейки, совпадает с информацией, подаваемой в качестве признака на вход Р накопителя. Во второй фазе обращения (при чтении) на выход данных D последовательно поступает содержимое информационных полей тех ячеек, индикаторы совпадения которых установлены в 1 (если таковые найдутся). Множественно-ассоциативная СОП (set associative). Блок основной памяти может располагаться на ограниченном множестве мест (строк) в кэш-памяти. Обычно множество представляет собой группу из двух или большего числа блоков в кэше. Множество определяется младшими разрядами адреса блока памяти (индексом).
Популярное: Модели организации как закрытой, открытой, частично открытой системы: Закрытая система имеет жесткие фиксированные границы, ее действия относительно независимы... Генезис конфликтологии как науки в древней Греции: Для уяснения предыстории конфликтологии существенное значение имеет обращение к античной... Как распознать напряжение: Говоря о мышечном напряжении, мы в первую очередь имеем в виду мускулы, прикрепленные к костям ... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (1139)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |