Способ совместного функционирования двух типов устройств это

Особенности функционирования кэш-памяти

Кэш-память как способ совместного функционирования двух типов запоминающих устройств, его цели и задачи, принцип действия. Обеспечение быстрого доступа к интенсивно используемым данным. Согласование интерфейсов и схемы выполнения запросов в системах.

Рубрика	Программирование, компьютеры и кибернетика
Предмет
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	13.05.2011

Подобные документы

Память для вычислительных систем ее создание и характеристика особенностей. Создание устройств памяти и основные эксплуатационные характеристики. Функциональные схемы и способ организации матрицы запоминающих элементов. Виды магнитной и флеш памяти.

презентация [184,9 K], добавлен 12.01.2009

Физические типы запоминающих устройств, параметры их быстродействия и иерархия. Методы доступа к информации. Схемы ячеек основной памяти, механизм ее регенерации. Блочная организация и виды микросхем. Условия эффективности и характеристики кэш-памяти.

презентация [2,6 M], добавлен 14.12.2013

Понятие и функциональные особенности запоминающих устройств компьютера, их классификация и типы, сравнительная характеристика: ROM, DRAM и SRAM. Оценка преимуществ и недостатков каждого типа оперативной памяти, направления и пути их использования.

презентация [118,1 K], добавлен 20.11.2013

Характеристика флэш-памяти, особого вида энергонезависимой перезаписываемой полупроводниковой памяти. Исследование особенностей организации флэш-памяти. Общий принцип работы ячейки. Обзор основных типов карт памяти. Защита информации на флеш-накопителях.

презентация [9,3 M], добавлен 12.12.2013

Характеристика внешней памяти компьютера. Виды памяти компьютера и накопителей. Классификация запоминающих устройств. Обзор внешних магнитных носителей: накопители прямого доступа, на жестких магнитных дисках, на оптических дисках и карты памяти.

курсовая работа [88,6 K], добавлен 27.02.2015

Схема функционирования и алгоритм работы кэш-памяти. Характеристика процесса: среднее время доступа к данным. Проблема согласования данных. Принципы работы дисковой подсистемы ОС. Цели использования, типы и атрибуты файлов. Структура файловой системы.

презентация [109,2 K], добавлен 20.12.2013

Память персонального компьютера, виды и их характеристика. Классификация памяти компьютера. Кэш память как память с большей скоростью доступа, предназначенная для ускорения обращения к данным. Гибкие магнитные диски, CD-ROM, DVD-ROM и флэш-память.

презентация [1,8 M], добавлен 15.11.2011

Физическая организация памяти компьютера. Организация структуры обработки потока данных. Степень и уровни параллелизма. Оценка иерархической организации памяти. Динамическая перестройка структуры. Микросхемы запоминающих устройств. Кэш-память процессора.

лекция [2,4 M], добавлен 27.03.2015

Объем двухпортовой памяти, расположенной на кристалле, для хранения программ и данных в процессорах ADSP-2106x. Метод двойного доступа к памяти. Кэш-команды и конфликты при обращении к данным по шине памяти. Пространство памяти многопроцессорной системы.

реферат [28,1 K], добавлен 13.11.2009

Классификация и разновидности, функциональные особенности запоминающих устройств компьютера, используемых на современном этапе, оценка их возможностей и особенности практического использования. Типы памяти: внутренняя и внешняя, их признаки и свойства.

презентация [395,2 K], добавлен 15.06.2014

Источник

Принцип кеширования и организация кэш памяти.

Кэш-память — это способ организации совместного функционирования двух типов запоминающих устройств, отличающихся временем доступа и стоимостью хранения данных, который позволяет уменьшить среднее время доступа к данным за счёт динамического копирования в «быстрое» ЗУ наиболее часто используемой информации из «медленного» ЗУ.

Кэш-памятью часто называют не только способ организации работы двух типов запоминающих устройств, но и одно из устройств — «быстрое» ЗУ. Оно стоит дороже и, как правило, имеет сравнительно небольшой объём. Важно, что механизм кэш-памяти является прозрачным для пользователя, который не должен сообщать никакой информации об интенсивности использования данных и не должен никак участвовать в перемещении данных из ЗУ одного типа в ЗУ другого типа; всё это делается автоматически системными средствами.

Например, для уменьшения среднего времени доступа процессора к данным, хранящимся в оперативной памяти, между процессором и оперативной памятью помещается быстрое ЗУ, называемое просто кэш-памятью. В качестве такового может быть использована, например, ассоциативная память. Содержимое кэш-памяти представляет собой совокупность записей обо всех загруженных в неё элементах данных. Каждая запись об элементе данных включает в себя адрес, который этот элемент данных имеет в оперативной памяти, и управляющую информацию: признак модификации и признак обращения к данным за некоторый последний период времени.

Использование кэш-памяти позволяет значительно ускорить вы­полнение многих операций в системе за счёт свойства локальности, наблюдаемого в выполняемых программах.

В системах, оснащённых кэш-памятью, каждый запрос к оперативной памяти выполняется в соответствии со следующим алгоритмом:

1. Просматривается содержимое кэш-памяти с целью определения, не находятся ли нужные данные в кэш-памяти; кэш-память не является адресуемой, поэтому поиск нужных данных осуществляется по содержимому — значению поля «адрес в оперативной памяти», взятому из запроса. Причём, поиск должен выполняться быстро, поэтому эта память обычно является ассоциативной.

2. Если данные обнаруживаются в кэш-памяти, то они считываются из неё, и результат передаётся в процессор.

3. Если нужных данных нет, то они вместе со своим адресом копируются из оперативной памяти в кэш-память, и результат вы­полнения запроса передаётся в процессор. При копировании данных может оказаться, что в кэш-памяти нет свободного места, тогда вы­бираются данные, к которым в последний период было меньше всего обращений, для вытеснения из кэш-памяти. Если вытесняемые дан­ные были модифицированы за время нахождения в кэш-памяти, то они переписываются в оперативную память. Если же эти данные не были модифицированы, то их место в кэш-памяти объявляется свободным.

На практике в кэш-память считывается не один элемент данных, к которому произошло обращение, а целый блок данных, это увеличивает вероятность кэш-попадания, то есть нахождения нуж­ных данных в кэш-памяти.

Использование механизма старения для ЗУ типа КЭШ.

Поскольку любой кеш всегда меньше запоминающего устройства, всегда возникает необходимость для записи новых данных в кеш удалять из него ранее записанные. Эффективное удаление данных из кеша подразумевает удаление наименее востребованных данных. В общем случае нельзя сказать, какие данные являются наименее востребованными, поэтому для этого используются эвристики. Например, можно удалять данные, к которым происходило наименьшее число обращений с момента их загрузки в кеш (leastfrequentlyused, LFU) или же данные, к которым обращались наименее недавно (leastrecentlyused, LRU), или же комбинация этих двух подходов (LRFU).

Кроме того, аппаратные ограничения по реализации кеша часто требуют минимальных расходов на учет служебной информации о ячейках, которой является также и использование данных в них. Наиболее простым способом учета обращений является установка 1 бита: было обращение или не было. В таком случае для удаления из кеша может использоваться алгоритм часы (или второго шанса), который по кругу проходит по всем ячейками, и выгружает ячейку, если у нее бит равен 0, а если 1 — сбрасывает его в 0.

Более сложным вариантом является использование аппаратного счетчика для каждой ячейки. Если этот счетчик фиксирует число обращений к ячейке, то это простой вариант алгоритма LFU. Он обладает следующими недостатками:

· может произойти переполнение счетчика (а он, как правило, имеет очень небольшую разрядность) — в результате будет утрачена вся информация об обращениях к ячейке

· данные, к которым производилось множество обращений в прошлом, будут иметь высокое значение счетчика даже если за последнее время к ним не было обращений

Для решения этих проблем используется механизм старения, который предполагает периодический сдвиг вправо одновременно счетчиков для всех ячеек. В этом случае их значения будут уменьшаться (в 2 раза), сохраняя пропорцию между собой. Это можно считать вариантом алгоритм LRFU.

Источник

Способ совместного функционирования двух типов устройств это

Основная память (ОП), в которой размещаются процессы и которая имеет ограниченный объем, представляет собой самый ограниченный и дорогостоящий ресурс. Поэтому организация и управление ОП ЭВМ является одним из самых важнейших факторов, определяющих построение и развитие ОС.

Именно организация и управление ОП во многом определяют фактический уровень мультипрограммирования ОС, то есть возможности выполнения нескольких параллельных процессов. Функциями ОС по управлению памятью являются: отслеживание свободной и занятой памяти, выделение памяти процессам и освобождение памяти при завершении процессов, вытеснение процессов из оперативной памяти на диск, когда размеры основной памяти не достаточны для размещения в ней всех процессов, и возвращение их в оперативную память, когда в ней освобождается место, а также настройка адресов программы на конкретную область физической памяти.

1 .Эффективное размещение процессов в ОП.

Основная цель УП — обеспечить максимальный уровень мультипрограммирования и тем самым максимальную загрузку ЦП.

Современные ЭВМ имеют 3-х уровневую, иерархическую организацию запоминающих устройств (ЗУ) (внутренние регистры процессора, различные типы сверхоперативной и оперативной памяти, диски, ленты), отличающихся средним временем доступа и стоимостью хранения данных в расчете на один бит (рисунок 1). Пользователю хотелось бы иметь и недорогую и быструю память. Кэш-память представляет некоторое компромиссное решение этой проблемы.

Рисунок 1. Иерархическая организация памяти ЭВМ.

Кэш-память — это способ организации совместного функционирования двух типов запоминающих устройств, отличающихся временем доступа и стоимостью хранения данных, который позволяет уменьшить среднее время доступа к данным за счет динамического копирования в «быстрое» ЗУ наиболее часто используемой информации из «медленного» ЗУ.

Кэш-памятью часто называют не только способ организации работы двух типов запоминающих устройств, но и одно из устройств — «быстрое» ЗУ. Оно стоит дороже и, как правило, имеет сравнительно небольшой объем. Важно, что механизм кэш-памяти является прозрачным для пользователя, который не должен сообщать никакой информации об интенсивности использования данных и не должен никак участвовать в перемещении данных из ЗУ одного типа в ЗУ другого типа, все это делается автоматически системными средствами.

Рассмотрим частный случай использования кэш-памяти для уменьшения среднего времени доступа к данным, хранящимся в оперативной памяти. Для этого между процессором и оперативной памятью помещается быстрое ЗУ, называемое просто кэш-памятью. В качестве такового может быть использована, например, ассоциативная память. Содержимое кэш-памяти представляет собой совокупность записей обо всех загруженных в нее элементах данных. Каждая запись об элементе данных включает в себя адрес, который этот элемент данных имеет в оперативной памяти, и управляющую информацию: признак модификации и признак обращения к данным за некоторый последний период времени.

В системах, оснащенных кэш-памятью, каждый запрос к оперативной памяти выполняется в соответствии со следующим алгоритмом:

Просматривается содержимое кэш-памяти с целью определения, не находятся ли нужные данные в кэш-памяти; кэш-память не является адресуемой, поэтому поиск нужных данных осуществляется по содержимому — значению поля «адрес в оперативной памяти», взятому из запроса.

Если данные обнаруживаются в кэш — памяти, то они считываются из нее, и результат передается в процессор. Если нужных данных нет, то они вместе со своим адресом копируются из оперативной памяти в кэш-память, и результат выполнения запроса передается в процессор. При копировании данных может оказаться, что в кэш-памяти нет свободного места, тогда выбираются данные, к которым в последний период было меньше всего обращений, для вытеснения из кэш-памяти. Если вытесняемые данные были модифицированы за время нахождения в кэш-памяти, то они переписываются в оперативную память. Если же эти данные не были модифицированы, то их место в кэш-памяти объявляется свободным.

На практике в кэш-память считывается не один элемент данных, к которому произошло обращение, а целый блок данных, это увеличивает вероятность так называемого «попадания в кэш», то есть нахождения нужных данных в кэш-памяти.

В реальных системах вероятность попадания в кэш составляет примерно 0,9. Высокое значение вероятности нахождения данных в кэш-памяти связано с наличием у данных объективных свойств: пространственной и временной локальности.

Пространственная локальность . Если произошло обращение по некоторому адресу, то с высокой степенью вероятности в ближайшее время произойдет обращение к соседним адресам.

Временная локальность. Если произошло обращение по некоторому адресу, то следующее обращение по этому же адресу с большой вероятностью произойдет в ближайшее время.

Все предыдущие рассуждения справедливы и для других пар запоминающих устройств, например, для оперативной памяти и внешней памяти. В этом случае уменьшается среднее время доступа к данным, расположенным на диске, и роль кэш-памяти выполняет буфер в оперативной памяти.

Физически ОП имеет линейную организацию и представляет собой последовательность адресуемых ячеек (байт, 1 байт = 8 бит) от 0 до N, которая делится на слова, блоки, сегменты. Номер является адресом ячейки памяти. Размер ОП определяется в килобайтах (1Кб=1024б), мегабайтах (1Мб=1024Кб), гигабайтах (1Гб=1024Мб), терабайтах (1Тб=1024 Гб) и т.д.

Слово — это единица обмена ОП с ЦП, определяемое разрядностью с ЦП.

Блок — это непрерывная область памяти с общим ключом защиты. В EC ЭВМ — размер блока 2К, поэтому процессом выдается память, кратная 2К.

Сегмент — это некоторый участок памяти (для IBM PC от 16 б до 64Кб). Сегмент может содержать несколько блоков.

Для эффективного использования ОП необходимо определить стратегию управления памятью. ОС постоянно приходится решать задачу: когда, куда и за счет кого ввести в ОП процесс и данные.

Источник