Кэш-память

Практически все системные платы сегодня оснащены кэш-памятью. Кэш-память располагается между центральным процессором и оперативной памятью и служит для ускорения обмена данными и командами. Такая кэш память называется внешней или кэш памятью второго уровня (Level 2). Центральные процессоры серии 80486, и Pentium содержат внутреннюю кэш память или кэш память первого уровня (Level 1).

Кэш-память, установленная на системной плате может иметь различный объем. Наиболее часто встречаются платы с объемом кэш-памяти 64, 128, 256, 512 Кбайт и даже больше. Внешняя кэш память выполняется на быстродействующих статических микросхемах оперативной памяти. Они представляют собой несколько микросхем в корпусах типа DIP, расположенных, как правило, около центрального процессора.

Оптимальный объем кэш-памяти зависит от объема основной оперативной памяти. Чем больше объем основной оперативной памяти, тем больше должен быть объем кэш-памяти. Так, если при объеме основной оперативной памяти 4 Мбайт достаточно 64 Кбайт кэш-памяти, то для 16 Мбайт оперативной памяти рекомендуется 512 Кбайт кэш-памяти.

Существует три основных варианта построения внешней кэш памяти:

Кеш прямого отображения (direct mapped cache). Каждый элемент памяти кеша отвечает за несколько определенных ячеек оперативной памяти. Когда процессор запрашивает данные из оперативной памяти, они сначала ищутся в соответствующем элементе кэша. Если в этом элементе кэша хранится информация из другой ячейки оперативной памяти, она заменяется данными, запрашиваемыми из оперативной памяти. Скорость поиска данных в кэше прямого отображения высока. Однако когда последовательно запрашиваются данные из ячеек оперативной памяти, которым соответствует только одна ячейка кэша, система вынуждена каждый раз обращаться к медленной оперативной памяти.

Ассоциативный кэш. В каждую ячейку памяти кэша могут быть записаны данные из любой ячейки оперативной памяти. Когда процессор запрашивает данные из оперативной памяти, начинается поиск во всех ячейках кэша.
Если кэш не содержит информации из искомой ячейки оперативной памяти, она считывается из оперативной памяти и одновременно записывается в ячейку кэша к которой дольше всего не было доступа. Скорость поиска данных в ассоциативном кэше меньше, чем в кэше прямого отображения. Преимуществом ассоциативного кэша является то, что в нем всегда хранится та информация к которой в последнее время производился доступ.

Множественно-ассоциативный кэш. Этот тип кэша объединяет положительные черты кеша прямого отображения и ассоциативного кэша. Все ячейки множественно-ассоциативного кэша разделены на несколько областей (от двух до восьми). Каждая такая часть работает подобно кэшу прямого отображения. Каждый элемент в каждой части памяти кеша отвечает за несколько определенных ячеек оперативной памяти. Когда процессор запрашивает данные из оперативной памяти, выполняется поиск в соответствующем элементе кэша, в каждой части кэша. Таким образом, информация из ячейки оперативной памяти может хранится в строго определенном месте каждой части кэша. Это несколько смягчает недостаток кеша прямого отображения.

Центральный процессор не только считывает данные и команды из оперативной памяти, но и записывает их. Существует два вида кэша - с отложенной записью и со сквозной записью. Кэш со сквозной записью не выполняет кэширования данных, записываемых в оперативную память. Когда центральный процессор компьютера, на котором установлен кэш со сквозной записью, выполняет запись в оперативную память, данные сразу записываются в оперативную память. Одновременно данные записываются и в кэш (конечно, если кэш содержит данные из соответствующих ячеек оперативной памяти).

Если на системной плате установлен кэш с отложенной записью, то данные записываемые процессором в оперативную память, заносятся только в кэш. Запись в оперативную память не происходит. Обновление информации в оперативной памяти будет выполняться только при определенных условиях, например, когда какое-либо другое устройство на системной шине через канал прямого доступа запрашивает не обновленные данные или когда ячейка кэша потребовалась для записи в нее других данных.Кэш с отложенной записью более эффективен и его использование предпочтительней.

Обычно вы можете управлять кэш-памятью - отключать или подключать ее. Для этого достаточно запустить программу Setup и установить соответствующие параметры. При покупке компьютера обязательно необходимо протестировать компьютер с подключенной кэш-памятью. Встречаются бракованные системные платы, работающие только с отключенной кэш-памятью. Когда вы решите повысить производительность компьютера и подключите кэш-память, возможно он будет работать нестабильно.

Содержание раздела