Организация и принцип работы кэш-памяти. Способы организации кэш-памяти. Обновление информации.
При обращение процессором на прямую к оперативной памяти, ОП не успевает обслуживать поступающие заявки, процессору в этом случае приходится простаивать. Поэтому необходимо какими-либо методами согласовать быстродействие процессора и ОП. Сделать это можно 2 способами:
1. Построить ОП на более быстродействующей элементной базе (дорогостоящий)
2. Использовать специальное структурное решение при организации уровней подсистемы памяти, а именно включений между процессором и ОП быстродействующий КЭШ.
Отличительными особенностями КЭШ являются:
1. Малый объем (от 8кбайт)
2. Быстродействие сравнимое с быстродействием процессора.
КЭШ – это тайник, недоступно для программ, так как не может быть адресовано машинными командами.
Суть заключается в следующем, когда процессору понадобилась информация, сначала он обращается к КЭШ памяти, если информация там есть (такое событие называется КЭШ попаданием), то нужное слово извлекается из КЭШ и передается процессору. Если нет (КЭШ промах), то идет обращение к оперативной памяти, информация помещается в КЭШ затем передается процессору.
Пусть ОП состоит из 2n адресуемых слов, можно представить ОП под совокупность блоков фиксированной длинны по «к» слов в каждом. Тогда емкость оперативной памяти можно записать следующим выражением M= 2n/k.
КЭШ память состоит из C строк по «к» слов в каждой. Причем емкость КЭШ во много раз меньше емкости ОП.
В процессе выполнения задачи, некоторое подмножество блоков в ОП находятся строго в КЭШ. Каждая строка в КЭШ снабжается ТЭГом, является служебной областью, как правило ТЭГ содержит старшие разряды поля адресов памяти. ТЭГ нужен для установления соответствия между ОП и КЭШ.
Структурная организация КЭШ
Важной отличительной особенностью КЭШ является то, что две операции передачи слова и загрузка блока в ОП могут происходить одновременно. КЭШ соединен с процессором линиями: адрес, данные, управление. Линии данные и адрес подключены к соответствующим буфером. Эти буферы имеют выход на системную магистраль, через которую они могут обмениваться с ОП информацией. Если происходит событие КЭШ попадания, то буферы адреса и данных блокируется.
Если происходит КЭШ попадание, то буферы адреса и данных блокируются, весь процесс обращения ведется без участия ОП.
Если происходит событие КЭШ промах, то затребованный процессором адрес выставляется в буфер адреса , передается на системную магистраль, затем происходит поиск в ОП, блок информации копируется в буфер данных, затем передается в КЭШ, затем ЦП.
Типовые структуры вычислительных сетей.
Структура (топология) сети отображает способ организации физической связи между структурными компонентами
Типичная структура
Мелкий пунктир (внешняя) – подсеть ЭВМ
Крупный пунктир (пунктир) – СПД
Сплошная (внутр) – КС
Составляющие
· СПД – сеть передачи данных (магистраль сети)
· Подсеть ГЭВМ
· Терминальная сеть (сеть доступа)
СПД – ядро ВС, она обеспечивает взаимодействие между абонентами сети, в качестве которых могут выступать как отдельные ВС, так и отдельные пользователи.
Все что находиться за пределами СПД – абоненты магистральной сети.
СПД – это совокупность средств вычислительной техники, центров коммутации + совокупность средств передачи данных, каналов связи.
ЦК – прием данных промежуточное хранение, обработка, передача.
Подсеть ЭВМ – совокупность ГЭВМ, где сосредоточены основные вычислительные и информационные ресурсы сети.
Сеть доступа – обеспечивает доступ абонента к ресурсам сети и представляет собой совокупность терминалов, станций.
ТСПД – это совокупность каналов связи, концентраторов, мультиплексоров. Имеет древовидную структуру. Вершина либо ГЭВМ либо ЦК.
Типовые примеры топологии ЛВС
Общая шина
Технология Ethernet
Достоинства
- Простота организации
- Дешевизна
- Широковещательность передачи
Недостатки
· Низкая надежность
· Невысокая производительность
Звезда
Достоинства
- Большая надежность
- фильтрация данных
Недостатки
- Более высокая стоимость
- Ограниченность расширения сети
Кольцо
Маркерный метод доступа
Достоинства
- Простота организации
- Относительная дешевизна
- Удобная организация обработки данных
Недостатки
- Низкая надежность
- Невысокая производительность