Ako sa s hardvérom zaoberá vyrovnávacia pamäť?

Keď dôjde k vynechaniu vyrovnávacej pamäte - znamená to, že CPU požaduje údaje, ktoré nie sú prítomné v vyrovnávacej pamäti -, hardvér iniciuje sériu krokov na získanie údajov z ďalšej úrovne hierarchie pamäte (zvyčajne hlavná pamäť alebo v niektorých prípadoch dokonca aj pomalšie úložisko ako SSD alebo pevný disk). Tento proces je zložitý, ale dá sa rozdeliť nasledovne:

1. Detekcia slečny: Ovládač vyrovnávacej pamäte zistí, že požadované údaje nie sú prítomné v vyrovnávacej pamäti. Zvyčajne sa to robí porovnaním požadovanej adresy s adresami uloženými v indexe vyrovnávacej pamäte a štruktúrami značiek.

2. Preposielanie žiadosti: Ovládač vyrovnávacej pamäte odošle žiadosť na ďalšiu úroveň hierarchie pamäte (hlavná pamäť). Táto požiadavka určuje adresu pamäte požadovaných údajov.

3. Prístup do pamäte: Hlavná pamäť (alebo iné úložisko) prijíma žiadosť a načíta požadovaný dátový blok. Toto je najpomalšia časť procesu, pretože prístup k hlavnej pamäte je výrazne pomalší ako prístup k vyrovnávacej pamäte. Veľkosť získaného dátového bloku je určená veľkosťou riadku vyrovnávacej pamäte (alebo veľkosť bloku). Ak sa používa preklad adresy (prevod virtuálnej adresy na fyzickú adresu), ak sa používa virtuálna pamäť.

4. Prenos údajov: Akonáhle je dátový blok získaný z hlavnej pamäte, prenesie sa späť do vyrovnávacej pamäte. Tento prenos sa zvyčajne vyskytuje na vyhradenej zbernici (napr. Systémová zbernica) optimalizovanej pre vysokorýchlostný pohyb údajov.

5. Umiestnenie vyrovnávacej pamäte: Získaný dátový blok je umiestnený do vyrovnávacej pamäte. Politika výmeny vyrovnávacej pamäte (napr. LRU-najmenej použitá, FIFO-First-in, First-Out) určuje, ktorý existujúci blok v vyrovnávacej pamäti sa vymení, ak je vyrovnávacia pamäť plná.

6. Prístup CPU: Po úspešnom načítaní údajov do vyrovnávacej pamäte má CPU prístup. CPU bude čakať počas krokov 3 a 4, čo spôsobí, že CPU sa zastaví a dramaticky zníži výkon.

Rôzne typy chýb a manipulácie:

Zvládanie vynechaných vyrovnávacích pamätí je možné ďalej zdokonaliť v závislosti od * typu * slečny:

* povinná (alebo studená) slečna: Stane sa to, keď je prístupný blok prístupný prvýkrát. Neexistuje spôsob, ako sa týmto vynechať, pretože údaje jednoducho neboli v vyrovnávacej pamäti predtým.

* Miss: K tomu dochádza, keď je vyrovnávacia pamäť príliš malá na to, aby uchováva všetky údaje, ktoré potrebuje CPU. Sofistikovanejšie stratégie riadenia vyrovnávacej pamäte (napr. Väčšie vyrovnávacie pamäte, zlepšené náhradné politiky) môžu zmierniť chýbajúce kapacity.

* Conflict Miss: K tomu dochádza, keď sa viaceré dátové bloky mapujú do rovnakej sady vyrovnávacej pamäte (kvôli spôsobu, akým sú adresy mapované do vyrovnávacej pamäte), čo vedie k opakovaným vysťahovaniu. Používanie techník, ako je set-asociatívna alebo plne asociatívne vyrovnávacie pamäte, môže znížiť zmešky konfliktov.

* Interakcia kapacity/konfliktov: Títo dvaja sa môžu prekrývať, čo sťažuje analýzu.

Hardvérová podpora pre manipuláciu s Miss:

Moderný hardvér využíva niekoľko techník na optimalizáciu manipulácie s vynechaním vyrovnávacej pamäte:

* Predbežné načítanie: Hardvér proaktívne načíta údaje do vyrovnávacej pamäte, ktorá bude pravdepodobne potrebná čoskoro, čím sa zníži budúce chýbajúce.

* cache na zápis: Namiesto okamžitého zapisovania údajov späť do hlavnej pamäte na operácii zápisu ukladajte pamätné vyrovnávacie pamäte upravené údaje do vyrovnávacej pamäte a zapíšte ich späť do hlavnej pamäte iba vtedy, keď je vysťahovaný riadok vyrovnávacej pamäte. To znižuje prenos pamäte.

* viacúrovňové cache: Mnoho systémov používa viac úrovní vyrovnávacích pamätí (L1, L2, L3 atď.), S rýchlejšími, ale menšími cachami bližšie k CPU a pomalšie, ale väčšie cache ďalej. Táto hierarchická štruktúra minimalizuje vplyv chýb vyrovnávacej pamäte pomocou rýchlejších vyrovnávacích pamätí pre často prístupné údaje.

* Hardvérové ​​TLB (Translation Lookaside Buffers): TLBS Cache Stránky Tabuľka položiek na urýchlenie prekladu virtuálnej a fyzickej adresy, čím sa zníži režijné náklady spojené s prístupmi pamäte.

Stručne povedané, manipulácia s vyrovnávacou pamäťou je komplexný proces zahŕňajúci koordináciu hardvéru medzi CPU, radičom vyrovnávacej pamäte a hlavnou pamäťou. Efektívne zaobchádzanie s vynechanosťami vyrovnávacej pamäte je rozhodujúce pre celkový výkon systému. Väčšina zlepšenia výkonnosti CPU v priebehu rokov bola spôsobená pokrokom v technológii vyrovnávacej pamäte a stratégiám manipulácie s miss.

• Predchádzajúca strana: Aký je bežný príznak CPU? 
• Ďalšia strana: Aký je plný význam VGA CPU UPS RAM VDU?