Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Ивановский государственный химико-технологический
Университет
Кафедра Информационных Технологий
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ
по дисциплине Архитектура ЭВМ __________________
_________________________________________________
Тема Кэш- память
_________________________________________________
Студент Зинченко Д.С.
Курс 3 Группа 42
Руководитель Ястребцев О.Н.
Зав. кафедрой Бобков С.П.
СОДЕРЖАНИЕ
| Стр. | |
| АННОТАЦИЯ | |
| 1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ | |
| 1.1. История | |
| 1.2. Функционирование | |
| 1.3. Кэш центрального процессора | |
| 1.4. Кэширование внешних накопителей | |
| 1.5. Кэширование, выполняемое операционной системой | |
| 2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ | |
| 2.1 Задание на проектирование АЛУ | |
| 2.2 Проектирование операционного автомата АЛУ | |
| 2.2.1 Определение форматов данных | |
| 2.2.2 Объединенная ГСА деления и дизъюнкции | |
| 2.2.3 Разработка структуры операционного автомата | |
| 2.2.4 Список микроопераций и логических условий, реализуемых в ОА | |
| 2.2.5 Микропрограмма выполняемых в АЛУ операций | |
| 2.3 Проектирование управляющего автомата АЛУ | |
| 2.3.1 Определение формата микрокоманд | |
| 2.3.2 Кодирование микроопераций и логических условий | |
| 2.3.3 Структурная схема управляющего автомата | |
| 2.3.4 Содержимое ПЗУ микропрограмм | |
| ЗАКЛЮЧЕНИЕ | |
| СПИСОК ИСТОЧНИКОВ |
АННОТАЦИЯ
В первой части я изучил структуру, основные характеристики и принципы работы кэш памяти.
Во второй части я разработал АЛУ, реализующее деление без восстановления остатка в прямом коде и дизъюнкцию.
|
|
Обобщил, закрепил и углубил знания по проектированию средств ВТ.
Для написания первой части я использовала источники [1-5], а для выполнения второй части – источник [6].
1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
История
Кэш или кеш (англ. cache, от фр. Cacher — прятать; произносится [kæʃ] — кэш) — промежуточный буфер с быстрым доступом, содержащий копию той информации, которая хранится в памяти с менее быстрым доступом, но с наибольшей вероятностью может быть оттуда запрошена. Доступ к данным в кэше идёт быстрее, чем выборка исходных данных из медленной памяти или их перевычисление, за счёт чего уменьшается среднее время доступа.
Впервые слово «кэш» в компьютерном контексте было использовано в 1967 году во время подготовки статьи для публикации в журнале «IBM Systems Journal». Статья касалась усовершенствования памяти в разрабатываемой модели 85 из серии IBM System/360. Редактор журнала Лайл Джонсон попросил придумать более описательный термин, нежели «высокоскоростной буфер», но из-за отсутствия идей сам предложил слово «кэш». Статья была опубликована в начале 1968 года, авторы были премированы IBM, их работа получила распространение и впоследствии была улучшена, а слово «кэш» вскоре стало использоваться в компьютерной литературе как общепринятый термин. [1-3]
Функционирование
Кэш — это память с большей скоростью доступа, предназначенная для ускорения обращения к данным, содержащимся постоянно в памяти с меньшей скоростью доступа. Кэширование применяется ЦПУ, жёсткими дисками, браузерами и веб-серверами.
Кэш состоит из набора записей. Каждая запись ассоциирована с элементом данных или блоком данных (небольшой части данных), которая является копией элемента данных в основной памяти. Каждая запись имеет идентификатор, определяющий соответствие между элементами данных в кэше и их копиями в основной памяти.
|
|
Когда клиент кэша (ЦПУ, веб-браузер, операционная система) обращается к данным, прежде всего исследуется кэш. Если в кэше найдена запись с идентификатором, совпадающим с идентификатором затребованного элемента данных, то используются элементы данных в кэше. Такой случай называется попаданием кэша. Если в кэше не найдено записей, содержащих затребованный элемент данных, то он читается из основной памяти в кэш, и становятся доступным для последующих обращений. Такой случай называется промахом кэша. Процент обращений к кэшу, когда в нём найден результат, называется уровнем попаданий или коэффициентом попаданий в кэш.
Например, веб-браузер проверяет локальный кэш на диске на наличие локальной копии веб-страницы, соответствующей запрошенному URL. В этом примере URL — это идентификатор, а содержимое веб-страницы — это элементы данных.
Если кэш ограничен в объёме, то при промахе может быть принято решение отбросить некоторую запись для освобождения пространства. Для выбора отбрасываемой записи используются разные алгоритмы вытеснения. [5]
Политика записи при кэшировании
При чтении данных кэш-память даёт однозначный выигрыш в производительности. При записи данных выигрыш можно получить только ценой снижения надёжности. Поэтому в различных приложениях может быть выбрана та или иная политика записи кэш-памяти.
|
|
При модификации элементов данных в кэше выполняется их обновление в основной памяти. Задержка во времени между модификацией данных в кэше и обновлением основной памяти управляется так называемой политикой записи.
Существуют две основные политики записи кэш-памяти — сквозная запись (write-through) и отложенная запись (write-back).
В кэше со сквозной записью (или немедленной записью) каждое изменение вызывает синхронное обновление данных в основной памяти.
В кэше с отложенной записью (или обратной записью) обновление происходит в случае вытеснения элемента данных, периодически или по запросу клиента. Для отслеживания модифицированных элементов данных записи кэша хранят признак модификации (изменённый). Промах в кэше с отложенной записью может потребовать два обращения к основной памяти: первое для записи заменяемых данных из кэша, второе для чтения необходимого элемента данных.
В случае, если данные в основной памяти могут быть изменены независимо от кэша, то запись кэша может стать неактуальной. Протоколы взаимодействия между кэшами, которые сохраняют согласованность данных, называют протоколами когерентности кэша.