Среднее время доступа к данным в системе с кэш-памятью линейно
Зависит от вероятности попадания в кэш. Очевидно, что использование кэш- памяти имеет смысл только при высокой вероятности кэш-попадания.
Вероятность обнаружения данных в кэш зависит от разных факторов, таких, например, как объем кэш, объем кэшируемой памяти, алгоритм замещения данных в кэш, особенности выполняемой
Стр.12
программы, время ее работы, уровень мультипрограммирования и других особенностей вычислительного процесса. Тем не менее в большинстве реализаций кэш- памяти процент кэш-попадании оказывается весьма высоким — свыше 90 %. Такое высокое значение вероятности нахождения данных в кэш- памяти объясняется наличием у программ и данных объективных свойств, называемых пространственной и временной локальностью. Временная локальность заключается в том, что если произошло обращение по некоторому адресу, то следующее обращение по тому же адресу с большой вероятностью произойдет в ближайшее время.
Пространственная локальность заключается в том, что если произошло обращение по некоторому адресу, то с высокой степенью вероятности в ближайшее время произойдет обращение к соседним адресам. Основываясь на свойстве временной локальности, программы и данные, только что считанные из основной памяти, размещают в запоминающем устройстве быстрого доступа, предполагая, что скоро они опять понадобятся. В начале работы системы, когда кэш-память еще пуста, происходит процедура её заполнения. В этот промежуток времени практически каждый запрос к основной памяти выполняется по следующей схеме: просмотр кэш, констатация промаха, чтение данных из основной памяти, передача результата источнику запроса с одновременным копированием данных в кэш. Затем, по мере заполнения кэш, в полном соответствии со свойством временной локальности возрастает вероятность
|
|
|
Обращения к данным, которые уже были использованы на предыдущем
Этапе работы системы, то есть к данным, которые содержатся в кэш и могут быть считаны значительно быстрее, чем из основной памяти.
Свойство пространственной локальности также используется для
Увеличения вероятности кэш-попадания: как правило, в кэш-память
Считывается не один информационный элемент, к которому произошло
Обращение, а целый блок данных, расположенных в основной памяти в
Непосредственной близости с данным элементом. Поскольку при
Выполнении программы очень высока вероятность, что команды
|
|
|
Выбираются из памяти последовательно одна за другой из соседних ячеек, то имеет смысл загружать в кэш-память целый фрагмент программы.
Аналогично если программа ведет обработку некоторого массива данных, то ее работу можно ускорить, загрузив в кэш часть или даже весь массив данных. При этом учитывается высокая вероятность того, что значительное число обращений к памяти будет выполняться к адресам массива данных.
Проблема согласования данных. В процессе функционирования
Вычислительной системы содержимое кэш-памяти постоянно обновляется. Время от времени устаревшие данные из нее вытесняются для освобождения места под новые данные. Реально вытеснение означает либо простое объявление свободной соответствующей области кэш-памяти (сброс бита действительности), если вытесняемые данные за время нахождения в кэш не были изменены, либо в дополнение к этому копирование данных в
Основную память, если они были модифицированы. Алгоритм замены
Стр.13
Данных в кэш-памяти существенно влияет на ее эффективность. Алгоритм должен, во-первых, быть максимально быстрым, чтобы не замедлять работу кэш-памяти, а во-вторых, обеспечивать максимально возможную вероятность кэш-попаданий. Поскольку из-за непредсказуемости вычислительного процесса ни один алгоритм замещения данных в кэш- памяти не может гарантировать идеальный результат, разработчики ограничиваются рациональными решениями, которые по крайней мере, не сильно замедляют работу кэш.
Наличие в МПС двух копий данных - в основной памяти и в кэш -
Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 540; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!