4-mavzu: Xotiraning tashkil etilishi va turlari. (8 soat) reja

KESH XOTIRA

Kesh xotirasivaqtincha kompyuterda saqlanadigan ma'lumotlarni ifodalaydi. Asosan kesh xotirasi bu tezkor kirish xotirasi bo'lib, uning asosiy vazifasi qisqa muddatli vazifalarni bajarish uchun markaziy protsessor (CPU) tomonidan zudlik bilan ishlatilishi kutilayotgan ma'lumotlarni saqlashdir. Bu, shuningdek, asosiy xotiradan ma'lumot qidirishda kutish vaqtini qisqartirish maqsadida amalga oshiriladi. Uch xil turlari mavjud kesh xotirasi: disk, trek va veb -kesh.

Bu xotira ierarxiyasi tizimiga kiruvchi barcha darajalarning eng kichik, eng tez va eng yuqori narxini ifodalaydi. Ma'lumotlar va dastur ko'rsatmalarini yuqori tezlikda saqlaydi.
Bu RAMga qaraganda tezroq, lekin markaziy protsessorga qaraganda sekinroq. Shunday qilib, u muvozanat holatini yaratadi, bu tizimning va shuning uchun kompyuterning ish faoliyatini yaxshilaydi. U ikki o'lchovdan iborat bo'lib, ularning birinchisi eng yuqori kirish imkoniyatiga ega bo'lgan asosiy xotira ma'lumot bloklari, ikkinchisi esa assotsiativlik darajasi bilan tuzilgan.
Kesh xotirasi U markaziy protsessorga juda o'xshash ishlaydi, lekin kichikroq bo'lsa -da, o'z vazifalarini tezroq bajaradi.Yuqorida aytib o'tganimizdek, kesh xotirasi U markaziy protsessor birligi talab qiladigan ma'lumotlarni qidirish uchun javobgardir, bu esa operativ xotiraga o'tishga hojat qoldirmaydi. Shunday qilib, umumiy operatsiya kesh xotirasi quyidagicha:
Birinchidan, markaziy protsessor birligi dasturlardan keladigan ko'rsatmalarni boshqaradi. Bu murakkab algoritmlardan foydalanish natijasida mumkin. Keyin bu ma'lumotlar RAMga yuklanadi va u erdan protsessorga o'tkaziladi.Shu bilan birga, markaziy protsessor birligining samaradorligini oshirish uchun eng katta ahamiyatga ega bo'lgan va foydalanishga tegishli ma'lumotlar kesh xotirasiva asosiy xotirada emas. Tizimning ishlashi yaxshilanadi, chunki protsessor talab qiladigan ma'lumotlarni olish uchun katta masofani bosib o'tish shart emas. Buning sababi shundaki kesh xotirasi U RAM va protsessor o'rtasida joylashgan, shuning uchun xotira ierarxiyasi tizimidagi protsessorga eng yaqin darajani tashkil qiladi.
Shuni ta'kidlash kerakki, dastlab kesh xotirasi u 1 -darajali va 2 -darajali deb nomlanuvchi ikki bosqichda ishlaydi. Ulardan birinchisi kichikroq, lekin tezroq kirish. Ikkinchisi esa aksincha yo'l tutadi.
Dastlabki qidiruv protsessorga eng yaqin bo'lgan birinchi darajada amalga oshiriladi. Agar ma'lumotlar mavjud bo'lmasa kesh xotirasi 2 -darajali RAMni qidirishdan ko'ra tezroq.Biroq, texnologiya evolyutsiyasi tufayli joriy protsessorlar qo'shimcha darajaga ega bo'lib, ular ma'lum kesh xotirasi 3 -daraja. Hatto to'rtinchi darajaga ega bo'lgan jamoalar ham bor, lekin odatdagidek biz bu haqda batafsil to'xtalmaymiz.
Shunday qilib, dastur ishlayotganda, ma'lumot RAMda saqlanadi, u erdan 3 -darajali keshga, so'ngra 2 -darajaga, 1 -darajali xotiraga yetguncha o'tadi.
Xuddi shunday, dastur ishlayotganda, markaziy protsessor birligi unga yaqin bo'lgan keshda, ya'ni 1 -darajali keshda, 2 -darajali xotirada va nihoyat 3 -darajali keshda ko'rsatma va ma'lumotlarni topishga harakat qiladi.
Agar uchta xotirada qidiruv muvaffaqiyatsiz bo'lsa, protsessor RAMga o'tadi. Afsuski, ma'lumot olish uchun qancha masofani bosib o'tish kerak bo'lsa, javob vaqti shuncha ko'p bo'ladi. Bu tizimning ishlashiga salbiy ta'sir qiladi.
Kesh bo'linadigan har bir darajaning xususiyatlari uning ishlashi nuqtai nazaridan quyida keltirilgan:

4. 
   Kesh xotira darajalari.
   

L1 kesh
Bu degani kesh xotirasi 1 -darajali, ichki xotira deb ham ataladi. Markaziy protsessor tomonidan eng ko'p ishlatiladigan ma'lumotlarni saqlaydi. Unga yaqinroq joylashganligi sababli, bu turdagi xotira hammasidan ham eng tez, lekin eng kichikidir.Asosan, u bajariladigan operatsiyalarning spetsifikatsiyalarini va ularni qanday bajarish kerakligini o'z ichiga oladi.
L2 kesh
Bu xotira hajmi bo'yicha keshdan keyin ikkinchi o'rinda turadi. Biroq, uning hajmi ortib borayotgan narsa tezligini yo'qotadi. Bu L1 keshida muvaffaqiyatsiz bo'lgan ikkinchi ma'lumot qidirish birligi. Birinchi kompyuterlarda, 1 -darajali xotira kabi, u onakartga o'rnatildi. Hozirda u bir xil protsessor chipida joylashgan. Nihoyat, u dasturlar tez ishlashi uchun zarur bo'lgan ma'lumotlar va ko'rsatmalarni o'z ichiga oladi.


L3 kesh
Bu markaziy protsessor birligining barcha yadrolari o'rtasida taqsimlanadigan xotira. Joylashuviga ko'ra, u protsessorga yaqinligi va tezligi bo'yicha L2 keshidan pastroq darajada, lekin shu bilan birga u eng yuqori sig'imga ega xotira bo'lib chiqadi, shu bilan birga u hali ham tezroq. RAM xotirasi. Bu erda ma'lumotni uchta daraja o'rtasida uzatish mumkinligi aniq bo'lishi kerak. Shunday qilib, biz transferning ikki turi haqida gapirishimiz mumkin:
Inklyuziv: ma'lumotlarning kelib chiqish keshi boshqa darajaga o'tkazilganda uning nusxasini saqlaydi.
Eksklyuziv: so'ralgan ma'lumotlar uzatilganda keshdan o'chiriladi.
Kesh xotirasi - bu CPU (markaziy protsessor birligi) va operativ xotira (tasodifiy kirish) o'rtasida joylashgan xotira turi . Kesh xotirasining maqsadi - protsessorning operativ xotiradan foydalanish vaqtini qisqartirish. Kesh xotirasi RAMga qaraganda ancha tezroq. Shunday qilib, keshga kirish vaqti RAMga kirish vaqtidan ancha past. Ammo kesh xotirasi uchun ishlatiladigan xotira narxi RAM uchun ishlatiladigan xotira narxidan ancha yuqori va shuning uchun kesh xotirasining hajmi juda kichik. Kesh xotirasi uchun ishlatiladigan xotira turi SRAM (Statik Random Access Memory) deb nomlanadi.
Qachon CPU xotiraga kirishni xohlasa, u birinchi navbatda unga kerak bo'lgan narsa kesh xotirasida joylashganligini tekshiradi. Ha bo'lsa, u unga eng kam kechikish bilan kira oladi. Agar u keshda bo'lmasa, so'ralgan tarkib RAMdan keshga ko'chiriladi va undan keyin faqat CPU unga keshdan kira oladi. Bu erda, keshdan tarkibni nusxalashda, nafaqat so'ralgan xotira manzilidagi tarkib, balki yaqin atrofdagi tarkib ham keshga ko'chiriladi. Shunday qilib, keyingi safar keshni urish ehtimoli yuqori bo'ladi, chunki ko'pchilik kompyuter dasturlari yaqin atrofdagi ma'lumotlarga yoki ko'pincha oxirgi kirilgan ma'lumotlarga kirishadi. Shunday qilib, kesh tufayli o'rtacha xotira kechikishi kamayadi.



4.5-rasm. A) Keshni to‘g‘ridan-to‘g‘ri to‘ldirish. B) 2 tomonlama assotsiativ
keshni to‘ldirish

Assotsiativ- assotsiativ xotira (AP) yoki assotsiativ saqlash qurilmasi (ASQ) - bu juda tez qidiruv dasturlarida ishlatiladigan mashina xotirasining maxsus turi. Shuningdek, u "tarkib-manzilli xotira", "assotsiativ saqlash qurilmasi", "tarkib-manzilli xotira" yoki "assotsiativ qator" atamalari bilan ham tanilgan, ammo oxirgi atama dasturlashda ma’lumotlar tuzilishiga murojaat qilish uchun tez-tez ishlatiladi.

Hozirgi zamonaviy protsessorlarning farqlovchi muhim xarak-teristikalaridan biri ularning kesh xotirasidir. U tezkor xotiraga tezmurojaat etishni ta’minlaydi. Kesh xotira dastur kodi va ma’lumotlarni vaqtinchalik saqlashga mo‘ljallangan tez murojaat etiluvchi xotiradir. Unga murojaat etish kutish xolatida amalga oshirilmaydi. Kesh xotiraning samaradorligi protsessor samaradorligiga bog‘liqdir. Kesh xotira yordamida tizim xotirasi bilan ma’lumot almashinish tezlashadi.
Kesh xotira tezkor xotira bilan protsessor o‘rtasida joylashadi va ikkiga bo‘linadi. Protsessor tezkor xotiraga murojaat etishdan avval 1-kesh xotiradan kerakli ma’lumotlarni qidiradi. Ko‘p hollarda kerakli ma’lumotlar unda saqlanadi, xotira bilan bog‘lanish o‘rtacha vaqti qisqaradi.