Структура контроллера кэш-памяти
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
Оглавление
Задание
Реферат
Обозначения и сокращения
1.Исследование предметной области курсовой работы
1.1 Общее понятие КЭШ
.2 Принцип работы КЭШ
.3 Стратегия записи в КЭШ
.4 Стратегия размещения блоков в ОЗУ КЭШ
.5 Алгоритмы вытеснения
. Разработка устройства
.1 Анализ исходных данных задания на курсовую работу
.2 Спецификация устройства на уровне черного ящика
.3 Представление черного ящика устройства в виде операционной и управляющей частей
.4 Структура операционной части контроллера КЭШ-памяти
.5 Разработка алгоритма функционирования КЭШ-контроллера
.6 Разработка схемы алгоритма контроллера КЭШ на уровне микроопераций
Заключение
алгоритм контроллер память кэш
Задание
Разработать контролер КЭШ-памяти с полностью ассоциативным отображением основной памяти (ОЗУ) на КЭШ, обратной записью и алгоритмом замены наименее частого использования строки КЭШ (LFU).
Реферат
Отчет 24с., 15 рис., 1 табл., 4 литературных источника.
Кэш-память; контроллер; тег КЭШ-памяти; ОЗУ; КЭШ-промах; КЭШ-попадание; ассоциативное отображения КЭШ на ОЗУ; микрооперация.
Цель работы - разработка алгоритма работы и структуры контроллера КЭШ памяти с полностью ассоциативным отображением основной памяти (ОЗУ) на КЭШ и со сквозной записью и алгоритмом замены наиболее давнего использования строки КЭШ.
При разработке устройства использовались концепция "черного ящика", то есть первоначальное определение общих функций устройства и системы входных и выходных сигналов. В основе дальнейшей работы с "черным ящиком" использовался принцип декомпозиции, то есть последовательное разложение функций на подфункции до получения описания функций на элементарном уровне.
В результате работы был составлен алгоритм работы, структура и микропрограмма контроллера.
Обозначения и сокращения
Обозначения и сокращения, используемые в курсовой работе, представлены в табл. 1.
Таблица 1 - сокращения.
1.Исследование предметной области курсовой работы
1.1 Общее понятие КЭШ
При обращении процессора напрямую к оперативной памяти за командами и данными ОЗУ не успевает выполнять поступающие заявки, и процессору приходиться простаивать в их ожидании. Решить эту проблему можно включением между ОЗУ и процессором промежуточной быстродействующей памяти небольшого по сравнению с общим объемом ОЗУ размера, называемой КЭШ-памятью.
КЭШ-память - это высокоскоростная память произвольного доступа, используемая процессором компьютера для временного хранения информации.
1.2 Принцип работы КЭШ
Процессор редко использует весь объем ОЗУ практически одновременно. Зачастую все обращения процессора к памяти сосредоточены в небольшой области (как показывает статистика - 5-10% от общего объема). Если данные из этой области как-либо аппаратно скопировать в КЭШ, а затем постоянно сверять КЭШ и ОЗУ на предмет целостности данных, то можно обеспечить режим работы, при котором процессор будет обращаться только к КЭШ-памяти, тратя на это значительно меньше ресурсов и времени, чем обычно.
Рисунок 1 - Место КЭШ в ЭВМ.
Когда процессор обращается к определенной ячейке памяти, сегмент памяти определенного объема (этот объем называется объемом страницы КЭШ) копируется в КЭШ полностью. Если процессор дальше не совершит глобальный скачек на другой, далекий от текущего, адрес памяти, то дальнейшая работа процессора будет происходить напрямую с КЭШ, минуя ОЗУ, а контроллер Кэш-памяти в промежутках, когда процессор занят вычислениями (либо параллельно с работой процессора), будет восстанавливать верные данные в ОЗУ, либо в КЭШ (в случае наличия устройств, напрямую работающих с памятью). Естественно, чем больше будет страниц и чем больше будет их объем - тем выше будет скорость работы процессора (рис. 1).
1.3 Стратегия записи в КЭШ
Когда выполняется запись в Кэш-память, имеются две базовые возможности:
сквозная запись (write through, store through) - информация записывается в два места: в блок КЭШ-памяти и в блок и в ОЗУ.
запись с обратным копированием (write back, copy back, store in) - информация записывается только в блок КЭШ-памяти. Модифицированный блок КЭШ-памяти записывается в основную память только, когда он замещается. Для сокращения частоты копирования блоков при замещении обычно с каждым блоком КЭШ-памяти связывается так называемый бит модификации (dirty bit). Этот бит состояния показывает был ли модифицирован блок, находящийся в КЭШ-памяти. Если он не модифицировался, то обратное копирование отменяется, поскольку более низкий уровень содержит ту же самую информацию, что и КЭШ-память.
Оба подхода к организации записи имеют свои преимущества и недостатки. При записи с обратным копированием операции записи выполняются со скоростью КЭШ-памяти, и несколько записей в один и тот же блок требуют только одной записи в память более низкого уровня. Поскольку в этом случае обращения к основной памяти происходят реже, требуется меньшая полоса пропускания памяти, что очень привлекательно для мультипроцессорных систем. Сквозная запись проще для реализации, чем запись с обратным копированием. Сквозная запись имеет также преимущество в том, что основная память имеет наиболее свежую копию данных. Это важ