Cache procesora: Typy a princípy práce

Procesor na počítači je jedným z hlavných komponentov, bez ktorého nič nebude fungovať. Jeho úlohou je čítať informácie a prenášať ich na iné komponenty, ktoré súvisia s základnou doskou. Procesor pozostáva z niekoľkých prvkov a jedna z nich je vyrovnávacia pamäť procesora.

Pamäť vyrovnávacej pamäte

Cache procesora je jedna zložka, ktorá ovplyvňuje výkon, alebo skôr jeho objem, úroveň a výkon. Tento parameter sa už dlho používa pri výrobe procesorov, čo dokazuje jeho užitočnosť. Tu je to, čo je cache v jednoduchých slovách. Ak používate programovací jazyk, potom je vyrovnávacia pamäť pamäťou so super rýchlou výmenou údajov, ktorej úlohou je ukladať a prenášať dočasné informácie. Spúšťače, na ktorých je vytvorená pamäť procesora, pozostávajú výlučne z tranzistorov. Avšak, tranzistory majú vlastnosť obsadiť veľké množstvo priestoru, na rozdiel od RAM, pozostávajúce z kondenzátorov. V tomto ohľade existujú značné ťažkosti, ktoré obmedzujú množstvo pamäte. Napriek takej malej čiastke je cache procesora veľmi drahá možnosť. Ale zároveň, takáto štruktúra má rovnakú kvalitu, rýchlosť. Podpory, ktoré sú základom, nevyžadujú regeneráciu, ale ich prechod z jedného stavu do iného nastáva s minimálnym oneskorením. Je to indikátor, ktorý umožňuje, aby cache procesora prebiehala na frekvenciách.


Spočiatku bola cache umiestnená na základnej doske. Teraz sa nachádza cache procesorana samotnom CPU, čo výrazne znižuje čas prístupu k nej.

Účel

Ako bolo skôr opísané, hlavnou úlohou vyrovnávacej pamäte procesora sú vyrovnávacie pamäťové dáta a ich dočasné ukladanie. To poskytuje dobrý výkon pri použití aplikácií tam, kde je to potrebné. Pre lepší popis jednoduchých slov, že ide o takú cache a jej princíp práce, môžete nakresliť analógiu s kanceláriou. RAM zohráva úlohu regálu so súbormi, odkedy čas od času príde účetník na vyzdvihnutie potrebných súborov a pracovná plocha účtovníka je vyrovnávacia pamäť. Na pracovnej ploche účtovníka sú veci, ktoré opakovane kontaktoval. Tieto veci ležia len na stole, pretože vyžadujú rýchly prístup k nim. Tieto položky sú periodicky uzavreté s údajmi, ktoré boli odstránené z police. Keď sa tieto údaje stanú zbytočné, vrátia sa do stojanu. Táto manipulácia umožňuje vyčistiť vyrovnávaciu pamäť príprave na nové dáta.


Ukazuje sa teda, že procesor kontroluje svoju prítomnosť v pamäti cache predtým, než vyžiada údaje z pamäte RAM. Tu je to, čo je táto cache v jednoduchých slovách.

Úrovne pamäte

Väčšina moderných procesorov obsahuje niekoľko úrovní vyrovnávacej pamäte. Často sú dve alebo tri z nich: L1 L2 cache L3. Prvá úroveň vyrovnávacej pamäte má vlastnosť rýchleho prístupu k jadru procesora, ktorý pracuje na rovnakých frekvenciách ako procesor. Tiež hrá úlohu vyrovnávacej pamäte medzi procesorom a druhou úrovňou počítačovej pamäte. Cache L2 má výkonnejšie dáta, ktoré bohužiaľ znižujú jeho rýchlosť. Jeho úlohou je poskytnúť prechod z prvého dotretej úrovni. Pretože na každej úrovni padá rýchlosť práce, vyrovnávacia cache mikroprocesora tretej úrovne má ešte pomalšiu rýchlosť prístupu. Avšak jeho prístupová rýchlosť je navyše produktívnejšia, na rozdiel od štandardnej pamäte RAM. V predchádzajúcich verziách je vyrovnávacia pamäť rôznych úrovní umiestnená na jadre, ale vyrovnávacia pamäť L3 je určená pre celý procesor.

Nezávislé

Zariadenie na vyrovnávaciu pamäť sa skladá z niekoľkých úrovní a kategórií. Mikroprocesory pre servery a počítače majú tri nezávislé vyrovnávacie pamäte: sadu inštrukcií, dát a vyrovnávacej vyrovnávacej pamäte vysielania. Preto je superoperačná pamäť rozdelená na tri úrovne.

Sada inštrukcií

Sada inštrukcií, na vyrovnanie cache je potrebné vložiť vyrovnávaciu pamäť, ale čo je to? Kód stroja sa dá nazvať systémom príkazov konkrétneho stroja na výpočet, ktorý interpretuje centrálny procesor tohto počítača. Každý program, ktorý bol napísaný v jazyku stroja, sa vykoná v binárnom kóde s týmito kompilovanými inštrukciami stroja. Dokonca aj tento proces možno nazvať "opcode" - binárnym kódom. Čo robí cache s inštrukciami? Tento druh vyrovnávacej pamäte je schopný vykonávať len špecifickú úlohu vo forme dátovej operácie. To znamená, že vyrovnávacia pamäť obsahuje súbor pokynov, z ktorých každá sa zaoberá jej "prácou". Môže to byť výpočet, prechod z jedného do iného alebo kopírovanie. Každá inštrukcia stroja obsahuje dva typy operácií: jednoduché a zložité. Keď sa vykoná jedna z týchto operácií, dekóduje ich postupnezariadenia, na ktoré bola určená.

Dátová vyrovnávacia pamäť

Cache dát je určená na uchovávanie informácií, ktoré CPU požaduje oveľa častejšie ako RAM. Z dôvodu malého množstva pamäte procesorov sa tam uložia iba často požadované informácie. Umiestnenie tohto typu úložného priestoru, teda čipu procesora, vám umožňuje skrátiť dobu dopytu a minimalizovať ho. Väčšina moderných procesorov používa veľkosť vyrovnávacej pamäte až 16 megabajtov, ale v procesoroch určených pre servery dosahuje maximálna pamäť procesora 20 megabajtov a viac.

Súvisiaci prekladový buffer

Tento typ sa používa na vyrovnávaciu pamäť na urýchlenie procesu prenosu údajov z virtuálnej pamäte na fyzickú. Asociačná pamäť má pevnú sadu záznamov. Každá z týchto záznamov ukladá informácie o prenose údajov z virtuálnej pamäte na fyzickú. Pri absencii takýchto informácií procesor nezávisle nájde cestu a ponechá údaje o ňom, ale trvá oveľa viac času, ako použitie už uložených údajov.

Neúspechy v práci

Chyby sa podobne ako typy cache líšia aj do troch kategórií. Prvý typ sa nazýva inštrukcia na čítanie cache. To spôsobí veľké oneskorenie, pretože procesor bude trvať veľa času na načítanie požadovanej pamäťovej inštrukcie. Čítanie z dátovej vyrovnávacej pamäte má aj chyby. Na rozdiel od prvého prípadu chyby v čítaní údajov nie sú také pomalé, pretože iné pokyny, ktoré sa na žiadosť nevzťahujúmôžu pokračovať vo svojej práci. Požadovaný zdroj bude následne spracovaný v hlavnej pamäti.

Záznam do dátovej vyrovnávacej pamäte tiež nezlyhá bez zlyhania. Medzery v zázname nemusia trvať veľa času, pretože môžu byť položené naopak. To vám umožní pracovať s inými pokynmi bez toho, aby ste prerušili celý proces. Odpis s dokončenou radou je jedinou prekážkou pri normálnej prevádzke CPU.

Varianty chýb

Prvý typ chyby nazvaný Povinné výpadky sa zobrazuje iba vtedy, ak je adresa po prvýkrát vyžiadaná. Opravuje toto ustanovenie na predchádzajúcu vzorku, ktorá môže byť hardvér alebo softvér. Kvitnúce Kapacita mine spôsobené konečnej veľkosti vyrovnávacej pamäte, ktorá nie je závislá na asociatívne množstva pamäte alebo vedenie. Neexistuje žiadne pochopenie plnej alebo takmer plnej vyrovnávacej pamäte, pretože jej linky sú v rušnom stave. Nová nová linka vyrovnávacej pamäte môže byť vytvorená, keď je vykúpená ktorákoľvek z nich. Konfliktný minie - je, ako názov napovedá, miss, ktorý bol výsledok konfliktu. Stane sa tak, keď procesor požiada o údaje, ktoré už vyrovnávacia pamäť vymenila.

Adresa vysielania a jej varianty

Väčšina nainštalovaných procesorov počítačov je založená na určitom type virtuálnej pamäte. To znamená, že akýkoľvek program vykonáva na počítači zistí zjednodušený adresu s uvedením jedinečný kód a dáta, ktoré patrí výhradne k tomuto programu. Virtuálny adresový priestor je vytvorený tak, že každý program ho môže použiť a nieV závislosti od miesta vo fyzickej pamäti.
Z dôvodu prekladu z virtuálneho fyzického ukladania (OZP) sa takéto manipulácie vykonávajú s neuveriteľnou rýchlosťou. Proces prekladu adries:
  • Generátor adries odosiela fyzickú adresu do zariadenia na správu pamäte, ale na konci niekoľkých cyklov. Táto funkcia sa nazýva "oneskorenie".
  • "Účinok uloženia" možno považovať za proces, v ktorom má jedna fyzická adresa niekoľko virtuálnych. Procesory ich reprodukujú v určitom poradí, ktoré ovláda program. Ak však chcete vykonať túto možnosť, musíte požiadať o overenie jednej kópie vyrovnávacej pamäte.
  • Virtuálne adresové prostredie je rozdelené na bloky s pevnou pamäťou, ktorých začiatok zodpovedá adrese s veľkosťou. Táto funkcia sa nazýva "Zobrazovacia jednotka".
  • Keshi a ich hierarchia

    Prítomnosť viacerých interaktívnych vyrovnávacích pamätí je jedným z kritérií väčšiny moderných procesorov. Procesory, ktoré podporujú paralelné inštrukcie, prístup k informáciám pomocou dopravníka, čítanie pokynov, proces vysielania fyzickej adresy a pokyny virtuálnych čítanie. Metóda práce s dopravníkom pomáha pri rozdeľovaní úloh medzi tri samostatné vyrovnávacie pamäte, aby ste sa vyhli konfliktom s prístupom. Toto miesto v hierarchii sa nazýva "Specialized cache" a procesy majú takú funkciu Harvardská architektúra. Intenzita zásahov a oneskorení je jedným z hlavných problémov pri práci s nadoperačnýmpamäť. Faktom je, že čím viac vyrovnávacej pamäte a jej percenta hitov, tým viac bude oneskorenie. Často, aby sa optimalizovala práca a vyriešil tento konflikt, sa používa úroveň vyrovnávacích pamätí, ktoré sa používajú na vyrovnávanie medzi sebou. Plus systém úrovní je, že pracujú v rade rastu. Po prvé, prvá úroveň pamäte počítača, ktorá je rýchla, ale s malým objemom, nastavuje rýchlosť procesora na frekvenciách. Pri poruche prvej úrovne sa procesor otočí do vyrovnávacej pamäte druhej úrovne, ktorá má väčšiu hlasitosť, ale nižšiu rýchlosť. Toto pokračuje dovtedy, kým procesor nedostane odpoveď na požiadavku RAM. Táto pozícia v hierarchii sa nazýva "Viacúrovňová cache". Jedinečné alebo exkluzívne pamäte cache majú vlastnosť uchovávať údaje iba na jednej definovanej úrovni. Súhrnný pohľad môže ukladať informácie na viacerých úrovniach superaktívnej pamäte a umiestňovať ich do kopírovacieho procesu. Úroveň hierarchie, nazývaná "stopy cache", eliminuje prácu dekodéra, pretože podporuje rýchle načítanie pokynov a znižuje prenos tepla procesora. Jeho hlavnou funkciou je schopnosť uložiť dekódované dáta. Uložené pokyny sú rozdelené do dvoch skupín: dynamické stopy a základné bloky. V niektorých prípadoch môže byť dynamická trasa postavená na niekoľkých základných jednotkách, zoskupených. Takže dynamická stopa dokáže uchovávať bloky spracovávajúce dáta.

    Súvisiace publikácie