Mundarija kirish kesh xotira prinsiplari (cmp)

XOZIRGI KUNDAGI KESH XOTIRALAR

Qator kompaniyalar tomidan taqdim etilayotga KESH xotiralar

Cach (extiyoj) xotira operativ xotira bilan mikroprsessor o’rtasidagi tezkor bufer xotirasi rolini uynaydi. Bu bufer xotira (KESH) protsessor va asosiy xotira o’rtasidagi tezlik mutonosibligini bartaraf qilishi uchun qo’llaniladi. Unga ko’p marotaba murojat qilinadigan berilganlar joylashadi. Protsessor birinchi martaba xotiraga murojat qilganda zaruriy informatsiya parallel KESH ga ko’chadi. Ikkinchi marotaba murojat qilinganda informatsiya KESHdan olinadi. Chunki undan olish teziroq ko’chib tezligini ortiradi. Informatsiya xotiraga yozish jarayonida KESHga tushadi va shu paytda xotiraga nusxa olinishi mumkin (Write Through - bevosita yoki barobar yozish sxemasi), yoki xotiraga maʼlum vaqt o’tkandan keyin o’tadi. (Write Back sxemasi - koldirilgan yoki kayta yozuv). Qayta yozuv sxemasida KESH xotiradagi informatsiya bo’sh takt bo’lishi bilanoq asosiy xotiraga ko’chiriladi.Qoldirilgan sxemada esa KESHda yangi informatsiya uchun joy kolmagandagina informatsiya kuchadi. Bunda KESH dan eng kam ishlatilayotgan informatsiya birinchi bulib kuchadi.

KESH uchun kullanilayotgan xotira uz berilganlarini saklash uchun maydon, satr xolatini yorituvchi satr xolatini kursatuvchi (bush, bush emas, tuldirish uchun va x.k.) ga bulinadi. Asosan keshni tashkil etishini ikki xil sxemasi mavjud: turidan turi ifodalash(direct morred), kaysiki xotira xar bir adresi keshlanadi fakat bitta kator bilan (bu xolda satr nomeri adresni kichik razryadlari bilan aniklanadi va assotsativ bolangan-n tip (n-way associative)), kaysiki bitta yacheyka adresi bir nechta kator bilan keshlanishi. Assotsiativ kesh ancha yuqori. 486 va undan yukori protsessorlar yana 8 -16 kb xajmli ichki (Internal) KESH ga ega. U bundan tashkari Rrimary (birinchi) yoki LI (Level 1- birinchi satr. U tashki (Externol 1) dan tashkari ikklamchi yoki L2. Ko’pchilik mikrop-rotsessorlarda ichki KESH turidan yozish sxemasida, Pentium dan va yangi 486 (Intel R 24) va oxirgi DX4 - 100, AMD DX4 - 120, 5x 86) larda u koldirilgan yozuvda ishlashi mumkin.

Ikkinchi xol sistema platadan maxsus yordamga muxtoj, bu yordam xotira va KESH o’rtasidagi moslikni taʼminlash uchun zarur. Pentium Rrr protsessori bundan tashqari tiqilgan ikkinchi satx KESH (256 yoki 512 kb xajmli) ga ega. 386 platalarida tashki KESH bulib, xajmi 128 k bayt, 486 uchun 128,. . . 256 gacha, Pentium uchun esa 256 . . . k bayt 386, 486 va Pentium dan oldingi platalarda KESH asinxron SRAM mikrosxemada yiilgan. Xozir oxirgi Komppyuterlarda konveyir KESH qo’llanilmoqda. Ular RB SRAM mikrosxemada yiilgan. Uni ikkinchi nomi sinxron KESH deyiladi. Sinxron KESH larni asosiy xotira bilan birga qo’llanishi informatsiya almashinuvini taxminan 15% gacha tezlashtiradi. Lekin bu tezlanish faqat katta xajmdagi informatsiyalarni uzatishdagina sezilarli buladi.

Birinchi Personal Komppyuterlar ishlab chikarilganda ularni RAM lari xajmi 64 Kbayt edi. Bazilari 16 k bayt RAM ga xam ega bo’lgan. Ularga qo’yish mumkin bo’lgan eng katta RAM 512 Kbayt edi. Keyinchalik bu kursatkich 640 Kbaytgacha yetkazilgan. Standart RS larni sistema platasida fakat 64 Kbayt RAM mavjud xolos. Qolgan xotira yacheykalari kengaytirish platasi orqali qo’yiladi. Vaqt o’tishi bilan sistema platasiga kattarok xajmli RAM qo’yila boshlandi. Eng ko’p tarqalgan RS/XT Komppyuterlarida standart RAM 256 k bayt edi. Kengaytirish platalari xosil bo’lishi bilan qo’shimcha 384 Kbayt RAM qo’shish mumkin bo’ldi va umumiy RAM xajmi 640 k baytga yetdi.

Personal Komppyuterni operativ xotirasi RAM ni kengaytirish uchun kengaytirish platasini olib unga RAM chiplari o’rnatiladi va bu tuirida protsessorga xabar berish kerak. Xabar berish DIR pereklyuchateli yordamida amalga oshiriladi.DIR pereklyuchatellar ikki xolda kullanadi. Birinchidan kancha xajimdagi RAM qo’shilganligini, ikkinchidan Personalp Komppyuterga umumiy operativ xotira xajmini qancha ekanligini bildirish uchun. Xozirda materinskiy plataga (sistema platasiga)640 Kbayt RAM urnatilib ishlab chiqarilmoqda. Agar shuncha bo’lmasa chipni sistema platasiga o’rnatilib belgilangan 640 Kbaytga yetkazish mumkin.

Endilikda ishlab chiqarilayotgan sistema platalariga 1Mb gacha RAM qo’yilmoqda. Ularni umumiy xajmini 32 Mbaytgacha yetkazish mumkin bo’lmoqda. Personal Komppyuterga ixtiyoriy mikdorda RAM qo’yish mumkin emas. Qancha miqdorda RAM urnatish mumkinligini mikroprotsessor belgilaydi. Mikroprotsessor bevosita ishlatila oladigan operativ xotira xajmini adres maydoni deb ataladi. Masalan 8080 mikroprotsessori CR/M operatsion sistemasida faqat 64 Kb xajmini adresllay olgan. 8088 mikroprotsessori o’rnatilgan IBM RS larida1024 Kbaytga xajmini adreslash mumkin bo’lgan. Odatda 1024 Kbayt xajmi 16 ta bo’lakcha bo’linadi. Xar bir bo’lak 64 kb xajimga ega bo’lib uni segment deb atalib 0 dan 9 gacha va A dan F gacha nomerlanadi (16 lik sanok sistemasida).0-9 gacha segment RAM foydalanuvchi programma uchun mujallanib uni standart yoki pastki (lʼw) kismi deyiladi. A-F yukori kismi deyilib, maxsus RAM bulib turli maxsadlarda foydalanildi.

Kesh xotira turlari joylashish joylari va ularning hajmlari haqida ma’lumot bering.

Ancha katta bo’lmagan hajmga ega ,ammo nisbatan tez ishlaydigan, protsessor bilan asosiy xotira orasida joylashgan xotiraga kesh xotira deb ataladi.kesh xotirada dastur tomonidan ko’p ishlatiladigan so’zlar yoki asosiy xotiraning ma’lum bir qismi saqlanadi.Buyruqlar va ma’lumotlarni qanday saqlanishiga qarab kesh xotiraning ikki xili mavjud. Buyruqlar va ma’lumotlar birgalikda saqlansa birlashtirilgan kesh xotira deyiladi,agar alohida saqlansa taqsimlangan kesh xotira deyiladi.

Kesh xotirasining 3 sathi bo’lib,uning joylashuvi quyidagicha:

1-sath kesh xotirasi markaziy protsessor ichida joylashgan bo’lib buyruqlar uchun,malumotlar uchun mo’ljallangan odatda 16 dan 64 kbaytgacha hajm egallaydi.

2-sath ptotsessor yonida u bilan bitta blokda joylashgan kesh xotirasi L2,512 kbaytdan 1Mbaytgacha hajmga ega.3-sath L3 bo’lib,protsessor joylashgan plataga o’rnatilgan.bir necha megabaytga ega.

Sinovlarga sho'ng'ishdan oldin, ba'zi bir asoslarni tushunish muhimdir. Keshning ishlashi juda oddiy. Kesh, protsessorning so'rovlarini uzoqroq va sekinroq xotiraga tushirish uchun ma'lumotlarni iloji boricha protsessorning yadrolariga yaqinlashtiradi. Zamonaviy ish stoli platformalarida kesh ierarxiyasi kirishdan oldin uchta darajani o'z ichiga oladi tasodifiy kirish xotirasi... Bundan tashqari, ikkinchi va xususan, uchinchi darajadagi keshlar nafaqat ma'lumotlarning buferlanishiga xizmat qiladi. Ularning maqsadi yadrolar ma'lumot almashish kerak bo'lganda protsessor avtobusining ortiqcha yuklanishiga yo'l qo'ymaslikdir.

Xitlar va sog'inishlar

Kesh arxitekturasining samaradorligi urish tezligi bilan o'lchanadi. Kesh bilan qondirilishi mumkin bo'lgan ma'lumotlar so'rovlari xitlar deb hisoblanadi. Agar ushbu keshda kerakli ma'lumotlar mavjud bo'lmasa, so'rov xotira liniyasiga uzatiladi va o'tkazib yuborilgan hisoblanadi. Albatta, sog'inish natijasida ma'lumot olish uzoqroq vaqtga olib keladi. Natijada pufakchalar va hisoblash quvuridagi kechikishlar paydo bo'ladi. Boshqa tomondan, xitlar eng yuqori ko'rsatkichlarni saqlab qolishga yordam beradi.

Keshni yozish, eksklyuzivlik, izchillik

O'zgartirish qoidalari keshda yangi yozuvlar uchun qanday bo'sh joy mavjudligini belgilaydi. Keshga yozilgan ma'lumotlar ertami-kechmi asosiy xotirada paydo bo'lishi kerakligi sababli, tizimlar buni bir vaqtning o'zida keshga yozish bilan (yozish orqali) amalga oshirishi yoki ma'lumotlar maydonlarini "iflos" (yozish-qaytarish) deb belgilab, xotiraga yozishi mumkin. keshdan qachon chiqarib yuboriladi.

Keshning bir necha darajalaridagi ma'lumotlar faqat, ya'ni ortiqcha holda saqlanishi mumkin. Keyin ikki xil kesh iyerarxiyasida bir xil ma'lumot satrlarini topa olmaysiz. Yoki keshlar inklyuziv ravishda ishlashi mumkin, ya'ni pastki kesh darajalarida yuqori kesh darajalarida (protsessor yadrosiga yaqin) mavjud bo'lgan ma'lumotlar bo'lishi kafolatlanadi. AMD Phenom eksklyuziv L3 keshidan foydalanadi va Intel inklyuziv kesh strategiyasiga amal qiladi. Uyg'unlik protokollari turli xil yadrolar, kesh darajalari va hatto protsessorlar o'rtasidagi ma'lumotlarning yaxlitligi va dolzarbligini kuzatib boradi.

Kesh hajmi

Kattaroq kesh ko'proq ma'lumotni saqlashi mumkin, ammo kechikish vaqti oshadi. Bundan tashqari, katta kesh juda ko'p protsessor tranzistorlarini iste'mol qiladi, shuning uchun tranzistorlar byudjeti, o'lim hajmi, quvvat sarfi va ishlash / kechikish o'rtasidagi muvozanatni topish muhimdir.

Assotsiativlik

RAMdagi yozuvlar to'g'ridan-to'g'ri kesh bilan taqqoslanishi mumkin, ya'ni RAMdan olingan ma'lumotlarning nusxasi uchun keshda bitta pozitsiya mavjud yoki ular n-tomonlama assotsiativ bo'lishi mumkin, ya'ni n mavjud keshdagi ushbu ma'lumotlar saqlanishi mumkin bo'lgan joylar. Assotsiativlikning yuqori darajasi (to'liq assotsiativ keshgacha) keshlashning eng yaxshi moslashuvchanligini ta'minlaydi, chunki keshdagi mavjud ma'lumotlarni qayta yozish shart emas. Boshqa so'zlar bilan, yuqori n daraja assotsiativlik yuqori urish tezligini kafolatlaydi, ammo u kechikishni oshiradi, chunki ushbu assotsiatsiyalarning barchasini urish uchun tekshirish uchun ko'proq vaqt talab etiladi. Qoida tariqasida, keshlashning oxirgi darajasi uchun eng yuqori assotsiatsiya oqilona bo'ladi, chunki maksimal imkoniyatlar mavjud va ushbu keshdan tashqarida ma'lumotlarni qidirish protsessor sekin RAMga kirishiga olib keladi.

Bu erda bir nechta misollar mavjud: Core i5 va i7-da ma'lumotlar uchun 8 tomonlama assotsiatsiyaga ega 32KB L1 kesh va ko'rsatmalar uchun 4 tomonlama 32KB L1 kesh mavjud. Intel ko'rsatmalar tezroq bo'lishini istaydi va L1 ma'lumotlar keshi maksimal urish tezligiga ega. L2 kesh intel protsessorlari 8 tomonlama assotsiatsiyaga ega va Intelning L3 keshi yanada aqlli, chunki u xitlarni maksimal darajaga ko'tarish uchun 16 tomonlama assotsiatsiyani amalga oshiradi.

Biroq, AMD boshqa strategiyani amal qiladi fenom protsessorlari Kechikishni kamaytirish uchun L1 keshini 2 tomonlama assotsiativlik bilan ishlatadigan II X4. Mumkin bo'lgan o'tkazib yuborishlar o'rnini qoplash uchun kesh hajmi ikki baravarga oshirildi: ma'lumotlar uchun 64 KB va ko'rsatmalar uchun 64 KB. L2 kesh Intel dizayni kabi 8 tomonlama assotsiatsiyaga ega, ammo AMD L3 kesh 48 tomonlama assotsiativlik bilan ishlaydi. Ammo ma'lum bir kesh arxitekturasini tanlash to'g'risidagi qarorni butun CPU arxitekturasini hisobga olmasdan ko'rib bo'lmaydi. Tabiiyki, test natijalari amaliy ahamiyatga ega va bizning maqsadimiz bu murakkab ko'p darajali keshlash tuzilishini amalda sinab ko'rish edi.

Har qanday zamonaviy protsessorda ko'rsatmalar va protsessor ma'lumotlari saqlanadigan, deyarli bir zumda foydalanishga tayyor bo'lgan maxsus kesh mavjud. Ushbu daraja odatda keshlashning birinchi darajasi yoki L1 deb nomlanadi va birinchi bo'lib 486DX protsessorlari bilan tanishtirilgan. Yaqinda AMD protsessorlari yadro uchun 64KB L1 kesh bilan standart bo'lib qoldi (ma'lumotlar va ko'rsatmalar uchun), Intel protsessorlari yadro uchun 32KB L1 keshdan foydalanadilar (ma'lumotlar va ko'rsatmalar uchun ham)

Birinchi darajali kesh birinchi bo'lib 486DX protsessorlarida paydo bo'ldi, undan so'ng u barcha zamonaviy protsessorlarning ajralmas funktsiyasiga aylandi.

Ikkinchi darajali kesh (L2) Pentium III chiqarilgandan so'ng barcha protsessorlarda paydo bo'ldi, garchi qadoqdagi birinchi dastur Pentium Pro protsessorida bo'lgan (ammo kristallda emas). Zamonaviy protsessorlar chipdagi 6 MBgacha L2 kesh bilan jihozlangan. Odatda, bu miqdor Intel Core 2 Duo protsessoridagi ikkita yadro o'rtasida taqsimlanadi. Odatda L2 konfiguratsiyalari yadro uchun 512 KB yoki 1 MB kesh beradi. L2 keshi kam bo'lgan protsessorlar odatda past narxga ega. Quyida L2 keshini erta bajarish diagrammasi keltirilgan.

Pentium Pro uchun L2 keshi protsessor paketida bo'lgan. Pentium III va Athlonning keyingi avlodlarida L2 keshi alohida SRAM chiplari orqali amalga oshirildi, bu o'sha paytda juda keng tarqalgan edi (1998, 1999).

Birinchi marta L2 keshini ikkita hisoblash yadrosi baham ko'rishni boshladi yadro protsessorlari 2 Duo. AMD oldinga o'tib, o'zining birinchi to'rt yadroli Phenom-ni noldan yaratdi va Intel yana birinchi to'rt yadroli protsessor uchun yana bir juft matritsadan foydalandi, bu safar xarajatlarni kamaytirish uchun ikkita ikkita yadroli Core 2 o'lik bilan.

L3 kesh Alpha 21165 protsessorining (1995 yilda ishlab chiqarilgan 96 kB) yoki IBM Power 4 (256 kB, 2001) ning dastlabki kunlaridan beri mavjud. Biroq, x86 asosidagi arxitekturalarda L3 kesh birinchi bo'lib paydo bo'ldi intel modellari Itanium 2, Pentium 4 Extreme (Gallatin, ikkalasi ham 2003 yilda) va Xeon MP (2006).

Birinchi dasturlar kesh iyerarxiyasida yana bir darajani ta'minladi, ammo zamonaviy arxitektura L3 keshini yadrolar orasidagi ma'lumotlarni almashish uchun katta va umumiy bufer sifatida ishlatadi. ko'p yadroli protsessorlar... Bu yuqori darajadagi assotsiativlik bilan ham ta'kidlanadi. Bir nechta yadrolar asosiy operativ xotiraga juda sekin kirish imkoniyatidan foydalanadigan vaziyatga ega bo'lishdan ko'ra, ma'lumotlarni keshdan biroz ko'proq qidirish yaxshiroqdir. AMD birinchi navbatda L3 keshini yuqorida aytib o'tilgan Phenom liniyasi qatorida ish stoli protsessoriga kiritdi. 65nm Phenom X4-da 2MB umumiy L3 kesh mavjud bo'lib, zamonaviy 45nm Phenom II X4-larda 6MB umumiy L3 kesh mavjud. Intel Core i7 va i5 protsessorlari 8 MB L3 keshdan foydalanadilar.

Zamonaviy to'rt yadroli protsessorlarda har bir yadro uchun maxsus L1 va L2 keshlari, shuningdek, barcha yadrolar bilan birgalikda ishlatiladigan katta L3 keshlari mavjud. Umumiy kesh L3 shuningdek, yadrolar parallel ravishda ishlashi mumkin bo'lgan ma'lumotlar almashinuviga imkon beradi. Har xil vazifalarni bajarishda operativ xotiradan kerakli ma'lumotlar bloklari kompyuteringiz protsessoriga kiradi. Ularni qayta ishlagandan so'ng, protsessor hisob-kitoblarning olingan natijalarini xotiraga yozadi va qayta ishlash uchun keyingi ma'lumotlar bloklarini oladi. Bu vazifa bajarilguncha davom etadi.

Yuqoridagi jarayonlar juda yuqori tezlikda amalga oshiriladi. Biroq, hatto eng tezkor RAMning tezligi har qanday zaif protsessorning tezligidan sezilarli darajada kam. Har bir harakat, xoh unga ma'lumot yozsa yoki xoh o'qisa, ko'p vaqt talab etadi. Operativ xotira tezligi protsessor tezligidan o'n baravar past.

Axborotni qayta ishlash tezligining bunday farqiga qaramay, kompyuter protsessori bo'sh turmaydi va operativ xotira ma'lumotlarning chiqarilishini va qabul qilinishini kutmaydi. Protsessor har doim ishlaydi va buning ichida kesh xotirasi borligi tufayli.

Kesh - bu RAMning maxsus turi. Protsessor kompyuterning asosiy operativ xotirasidan ushbu nusxalarni saqlash uchun kesh xotirasidan foydalanadi, yaqin kelajakda ularga kirish ehtimoli juda katta.

Aslida kesh xotirasi protsessorga kerak bo'lishi mumkin bo'lgan ma'lumotlarni saqlaydigan yuqori tezlikdagi xotira buferi vazifasini bajaradi. Shunday qilib, protsessor kerakli ma'lumotlarni RAMdan o'qishdan o'nlab marta tezroq qabul qiladi.

Kesh xotirasi va oddiy bufer o'rtasidagi asosiy farq uning o'rnatilgan mantiqiy funktsiyalaridir. Bufer tasodifiy ma'lumotlarni saqlaydi, ular odatda "birinchi qabul qilingan, birinchi chiqarilgan" yoki "birinchi olingan, oxirgi chiqarilgan" sxemasi bo'yicha qayta ishlanadi. Keshda yaqin kelajakda kirish ehtimoli yuqori bo'lgan ma'lumotlar mavjud. Shuning uchun, aqlli kesh bilan protsessor to'liq tezlikda ishlay oladi va sekinroq RAMdan ma'lumotlarni olishni kutmaydi.

Yuqoridagi jarayonlar juda yuqori tezlikda amalga oshiriladi. Biroq, hatto eng tezkor RAMning tezligi har qanday zaif protsessorning tezligidan sezilarli darajada kam. Har bir harakat, xoh unga ma'lumot yozsa yoki xoh o'qisa, ko'p vaqt talab etadi. Operativ xotira tezligi protsessor tezligidan o'n baravar past.

Axborotni qayta ishlash tezligining bunday farqiga qaramay, kompyuter protsessori bo'sh turmaydi va operativ xotira ma'lumotlarning chiqarilishini va qabul qilinishini kutmaydi. Protsessor har doim ishlaydi va buning ichida kesh xotirasi borligi tufayli.

Kesh - bu RAMning maxsus turi. Protsessor kompyuterning asosiy operativ xotirasidan ushbu nusxalarni saqlash uchun kesh xotirasidan foydalanadi, yaqin kelajakda ularga kirish ehtimoli juda katta.

Aslida kesh xotirasi protsessorga kerak bo'lishi mumkin bo'lgan ma'lumotlarni saqlaydigan yuqori tezlikdagi xotira buferi vazifasini bajaradi. Shunday qilib, protsessor kerakli ma'lumotlarni RAMdan o'qishdan o'nlab marta tezroq qabul qiladi.

Kesh xotirasi va oddiy bufer o'rtasidagi asosiy farq uning o'rnatilgan mantiqiy funktsiyalaridir. Bufer tasodifiy ma'lumotlarni saqlaydi, ular odatda "birinchi qabul qilingan, birinchi chiqarilgan" yoki "birinchi olingan, oxirgi chiqarilgan" sxemasi bo'yicha qayta ishlanadi. Keshda yaqin kelajakda kirish ehtimoli yuqori bo'lgan ma'lumotlar mavjud. Shuning uchun, aqlli kesh bilan protsessor to'liq tezlikda ishlay oladi va sekinroq RAMdan ma'lumotlarni olishni kutmaydi.