2-Ma’ruza. Kompyuter tizimi xotirasini tashkil qilish. Kompyuterlarda xotirani tashkil qilish

Shakl 9.4. 10 bitli manzil uchun 8x8 ikki kirishli assotsiativ kesh
Ushbu xaritalash algoritmi to'liq assotsiativ kesh (yaxshi xotiradan foydalanish, yuqori tezlik) va to'g'ridan-to'g'ri kirish keshining (soddaligi va arzonligi) afzalliklarini birlashtiradi, bu xususiyatlardagi asl algoritmlardan biroz pastroq. Shuning uchun assotsiativ kesh eng keng tarqalgan
(9.2-jadval).
9.2-jadval. IA-32 CPU keshining xususiyatlari

	Intel486	Pentium	Pentium MMX	P6	Pentium 4
L1 buyruqlar keshi
Turi	4-in dots.	2-in dots.	4-in dots.	4-in dots.	8-in. dots.
Qator hajmi, bayt					-
Umumiy miqdori, kB	8/16			8/16	12Kmops
L1 ma'lumotlar keshi
Turi	Ko'rsatmalar keshi bilan umumiy	2-in dots.	4-in dots.	2/4-in. dots.	4-in dots.
Qator hajmi, bayt
Umumiy miqdori, kB			8/16
L2 kesh
Turi	Tashqi	tashqi 4 kirish dots.	4-in dots.	8-in. dots.
Qator hajmi, bayt
Umumiy miqdori, kB	256/512	128-2048	256/512

Izohlar: Intel-486 birinchi darajali buyruqlar va ma'lumotlarning bitta keshidan foydalanadi. Pentium Pro L1-da ma'lumotlar keshi 8 Kbayt 2-kirish assosiativ, boshqa P6 modellarda - 16 Kbayt 4-kirish assotsiativdir. Pentium 4 L1 yo'riqnomasi keshi o'rniga L1 mikrooperatsiyasining keshini (iz keshi) ishlatadi.
Keshni tashkil qilish uchun siz Princeton arxitekturasidan foydalanishingiz mumkin (buyruqlar va ma'lumotlar uchun aralash kesh, masalan, Intel-486-da). Bu aniq (va tashqi kesh xotirasi fon Neumann tizimlari uchun muqarrar) har doim ham samarali bo'lavermaydi. Keshni yo'riqnomalar keshiga va ma'lumotlar keshiga ajratish (Garvard arxitektura keshi) quyidagi sabablarga ko'ra kesh samaradorligini oshirishi mumkin:

• 
  Ko'pgina zamonaviy protsessorlarda quvurli arxitektura mavjud bo'lib, unda konveyer qismlari parallel ravishda ishlaydi. Shunday qilib, buyruqni tanlash va buyruq ma'lumotlariga kirish quvur liniyasining turli bosqichlarida amalga oshiriladi va alohida keshdan foydalanish sizga ushbu operatsiyalarni parallel ravishda bajarishga imkon beradi.
  
• 
  Buyruq keshini faqat o'qish uchun o'qish mumkin, shuning uchun u biron bir qayta yozish algoritmlarini amalga oshirishni talab qilmaydi, bu esa keshni sodda, arzon va tez bajaradi.
  

Shuning uchun birinchi darajali keshni tashkil qilish uchun Pentiumdan boshlab barcha so'nggi IA-32 modellari Garvard arxitekturasidan foydalanadilar.
Keshni samarali ishlashining mezoni keshsiz tizim bilan solishtirganda xotira uchun o'rtacha kirish vaqtining kamayishi hisoblanadi. Bunday holda, kirishning o'rtacha vaqtini quyidagicha hisoblash mumkin:
T cf \u003d (T hit x R hit) + (T s x (1 R urish))
bu erda T urish - bu zarba bo'lganida kesh xotirasiga kirish vaqti (o'tkazib yuborish yoki urishni aniqlash vaqtini o'z ichiga oladi), T miss - bu kesh sog'inmagan holatda asosiy xotiradan blokni kesh chizig'iga o'rnatish va talab qilingan ma'lumotlarni protsessorga keyinchalik etkazish uchun zarur bo'lgan vaqt. , R urish - urish darajasi.
Shubhasiz, R ning qiymati 1 ga qanchalik yaqin bo'lsa, T cf ning qiymati T zarbasiga yaqinroq bo'ladi. Xit darajasi asosan kesh arxitekturasi va uning o'lchamiga bog'liq. Kesh xotirasining mavjudligi va yo'qligi va uning hajmi protsessor samaradorligining oshishiga ta'siri Jadvalda ko'rsatilgan. 9.3.