Ricordiamo che la cella di memoria statica su stadi a transistor, che può contenere fino a 10 transistor. Poiché il transistore di commutazione da uno stato all'altro è trascurabile, la velocità della memoria alta statica.
La cache è una piccola quantità e si inserisce direttamente sul chip del processore. La sua velocità è molto superiore nella memoria dinamica (moduli RAM), ma inferiore sono general-purpose registri (Ron) CPU.
Per la prima volta la cache era su computer 386 e si trova sulla scheda madre. Motherboard 386 DX ha avuto la capacità di cache 64-256 KB. Processori 486 già nascondiglio situato sul chip del processore, ma la cache della scheda madre è stata salvata. La cache di sistema è diventata una memoria bilivello, on-chip diventato noto prima cache livello (L1), e sulla scheda madre - cache di secondo livello (L2). Nel corso del tempo, la cache di secondo livello "spostato" processore on-chip. Il primo ha fatto processore AMD K6-III (L1 = 64 Kb, L2 = 256 Kb).
La presenza di due livelli di cache richiede creazione di un meccanismo della loro interazione con l'altro. Ci sono due opzioni per lo scambio di informazioni tra la cache di primo e secondo livello, o come si dice, due architettura della cache: inclusivo ed esclusivo.
Cache Inclusive
Architettura Inclusive comporta la duplicazione delle informazioni memorizzate in L1 e L2.
Lo schema funziona come segue. Quando si copiano i dati dalla cache RAM due copie, una copia è conservata in L2, un'altra copia - in L1. Se L1 è completamente pieno, l'informazione viene sostituito dal principio di rimuovere più "vecchi dati" - LRU (Usato meno di recente). Analogamente accade con la cache di secondo livello, ma perché la quantità maggiore, e viene mantenuto più a lungo.
Quando la lettura delle informazioni dalla cache del processore, è preso da L1. Se le informazioni richieste nella cache di primo livello lì, viene cercato in L2. Se avete bisogno di informazioni nella cache di secondo livello è trovato, si è duplicato in L1 (il principio LRU), e poi trasmesso al processore. Se avete bisogno di informazioni non presenti in cache e il secondo livello, che viene letto dalla RAM del sistema sopra descritto.
Inclusi architettura è utilizzato in sistemi in cui la differenza nella cache del volume primo e secondo livello alto. Ad esempio, il Pentium 3 (Coppermine): L1 = 16 KB, L2 = 256 Kb; Pentium 4: L1 = 16 KB, L2 = 1024 Kb. In tali sistemi, duplicato piccola parte della cache di secondo livello, è prezzo ragionevole per facilità di meccanismo inclusiva.
Cache Exclusive
Cache Exclusive comporta informazioni uniche memorizzate in L1 e L2.
Durante la lettura dei dati dalla memoria alla cache - informazioni immediatamente entrato in L1. Se L1 è pieno, allora le informazioni LRU principio è trasferito da L1 a L2.
Se leggete il processore informazioni con L1 informazioni desiderate si trova, è ricercato in L2. Se avete bisogno di informazioni che si trovano in L2, quindi la cache LRU principio di primo e secondo livello si condivide linee (più "vecchio" di linea da L1 collocati in L2, e al suo posto è scritto sulla riga L2). Se avete bisogno di informazioni non trovato e L2, è un appello al regime di RAM sopra descritto.
Architettura esclusiva è utilizzato in sistemi in cui la differenza tra il primo e il secondo livello di cache è relativamente piccola. Ad esempio, Athlon XP: L1 = 64 Kb, L2 = 256 Kb. In una architettura di cache esclusiva usato più efficiente, ma lo schema di un meccanismo esclusivo è molto più difficile.
Interazione RAM cache
Poiché la cache è molto veloce, è collocato nelle informazioni cache, che è spesso definito processore - che accelera funziona. Informazioni RAM viene inserito nella cache, e poi gira processore. Ci sono diversi schemi di interazione tra la cache e la memoria principale.
Memoria cache con la mappatura diretta. La versione più semplice dell'interazione di memoria RAM. RAM è diviso in segmenti (pagine), il volume dell'intero volume di cache (ad esempio, il volume 64 KB cache e memoria è suddivisa in pagine di 64 KB). L'interazione di memoria RAM, una pagina viene posto nella cache RAM, a partire dall'indirizzo zero (cioè, dalla cache inizio). A interazione reintervento, la pagina successiva si sovrappone una esistente - cioè, infatti, i vecchi dati è sostituito dalla corrente.
Vantaggi: Facile panel Organizzazione, ricerca minimo.
Svantaggi: uso inefficiente dell'intero volume della cache - non è necessario che i dati occupare l'intero volume della cache, possono prendere e il 10%, ma la successiva porzione di dati elimina quello precedente, quindi in realtà di cache molto più piccolo volume.
Selezione-associative cache. Tutte volume di cache è diviso in diversi segmenti uguali, più dviytsi in tutta l'estensione (2, 4, 8). Per esempio, 64 KB cache può essere diviso in:
Segmento 2 di 32 KB ciascuna;
Segmento 4 a 16 kB ciascuna;
8 segmenti e 8 KB ciascuna.
Pentium 3 e 4 sono struttura 8 canali cache (cache è suddiviso in 8 segmenti); Athlon Thunderbird - 16 canali.
In un tale accordo, la RAM è suddiviso in livello di pagina in termini di una cache di segmento (una banca cache). Pagina RAM viene scritto il primo banco di cache; pagina successiva - nella seconda banca cache e così via, fino a quando tutte le banche cache vengono riempiti. Ulteriori registrare informazioni vengono memorizzate nella cache in banca, che non è stata utilizzata la più lunga (include informazioni più "vecchio").
Vantaggi: aumenta l'efficienza dell'intero dimensione della cache - più grandi banche cache (sopra associatività), maggiore è l'efficienza.
Svantaggi: gestione più complessa della cache; ulteriore tempo per analizzare le informazioni.
Cache associativa. Questo caso limite l'opzione precedente, quando il volume di banca cache è uguale a una riga di cache (la quota è da nessuna parte). Pertanto, qualsiasi RAM linea può essere memorizzato nella cache di qualsiasi posizione.
Matrice di cache di stoccaggio costituito da righe di uguale lunghezza. La capacità di questa linea è uguale alla dimensione del pacchetto schytыvaemoho di RAM 1 ciclo (ad esempio, Pentium 3-32 bytes; Pentium 4-64 byte). La linea viene caricato nella cache e solo completamente estratta.
Vantaggi: massima efficienza spazio della cache.
Svantaggi: più grande spreco di tempo alla ricerca di informazioni.