Бос жіберулердегі жоғалтулар екі компоненттен тҧрады: қолжетімділік
уақыты (access time) – бос жіберу кезінде блоктың бірінші сөзіне өтініш
уақыты жəне жіберілу уақыты (transfer time) – блоктың қалған сөздерін
қайта жіберу ҥшін қосымша уақыт. Қол жеткізу уақыты еске тҥсіру
уақытының төмендеуімен байланысты, ал тасымалдау уақыты екі көршілес
жад қҧрылғысы арасындағы арна өткізу қабілетін байланысты. Қол
жетімділік уақыты төменгі деңгейдегі жадының кідірісімен, бҧл уақытта
жіберілу уақытыекі аралас деңгейлер жады қондырғыларының арасында
өткізу арнасы жолағымен барынша байланысты.
Жад иерархиясының кейбір деңгейін сипаттау ҥшін төрт сҧраққа жауап
беру керек.
1. Блок иерархияның жоғарғы деңгейінде қайда орналасуы мҥмкін
(блокты орналастыру)?
2. Жоғарғы деңгейде болған кезде блокты қалай табуға болады (блокты
сəйкестендіру)?
3. Бос жіберген уақытта қандай блок ауыстырылуы керек (блоктарды
ауыстыру)?
4. Жазба (жазба стратегиясын) кезінде не болады?
Бҧл сҧрақтардың жауабы кэш-жадыны ҧйымдастыруға байланысты.
Кэш-жадыны ұйымдастыру. Кэш жадысының тҧжырымдамасы
IBM/360 архитектурасына дейін пайда болды. Бҥгінгі кҥні кэш-жады
компьютерлердің кез-келген класында, кейбір компьютерлерде - көпше
тҥрінде болады.
Жоғарыдағы барлық терминдер кэш жады ҥшін пайдаланылуы мҥмкін,
дегенмен, «жол» («line») сөзі «блок» («block») сөзінің орнына қолданылуы
мҥмкін.
Кэш-жады сипаттамасы параметрлерінің ҥлгілік жинағы
Блоктың (жолдың) көлемі ....
Тигізу уақыты(hit time)
Жоғалту
кезіндегі
шығындар
(miss penalty) .........................
Қолжетімділік
уақыты
(access time)
Жіберу уақыты
(transfer time) .........................
Бос жіберулер ҥлесі(miss
rate) ... кэш-жадының көлемі
4... 128 байт
1 — 4 синхрондау тактысы
(əдетте 1 такт)
8 — 32 синхрондау тактысы
6—18 синхрондау тактысы
2—22 синхрондау тактысы
1-20%
4 Кбайт. 16 Мбайт
Кэш-жадысын ҧйымдастыруды барынша тҥбегейлі қарастырып,
жоғарыда қойылған жад иерархиясы туралы сҧрақтарға жауап береміз
1.
Блок кэш-жадысында қай жерде орналасуы мҥмкін? Кэш-жадыда
блоктарды орналастыру принциптері олардың ҧйымдастырудың ҥш негізгі
тҥрі бойынша анықталады:
• егер негізгі жады əрбір блогында кэш-жадыкөрсетілуі мҥмкін бір ғана
тҧрақты орын болса, онда бҧл кэш-жады тікелей бейнеленген (direct
mapped) кэш деп аталады.
•. Бҧл кэш-жадты барынша қарапайым ҧйымдастыру, мҧнда кэш-
жадының мекенжайына негізгі жадтың мекенжайларын бейнелеу ҥшін
блок мекенжайының кіші санаттары жай ғана қолданылады.
Осылайша, негізгі жадтың өзінің мекенжайында бірдей кіші санаттарға
ие барлық блоктары бір кэш блогына тҥседі, яғни,
(кэш-жадының мекенжайы) = (негізгі жады блогының мекенжайы)
x mod (кэш-жадыдағы блоктар саны);
• егерде негізгі жадтың кейбір блоктары кэш-жадының кез-келген
орнында орналасатын болса, онда кэш толық ассоциативті (fully
associative) деп аталады;
• егерде негізгі жадтың кейбір блогы кэш-жадыда шектеулі
орындарда орналасатын болса, онда кэш кӛпше-ассоциативті (set
associative) деп аталады. Әдетте, көпше екі немесе одан көп блок саны
тобынан тҧрады. Егер көпше n блоктарынан тҧратын болса, онда
мҧндай орналасу n арналарымен көпше-ассоциативті деп аталады (n-
way set associative). Ең алдымен блокты орналастыру ҥшін көпшені
анықтау керек. Көпше жады блогының кіші санаттарымен (индексімен)
анықталады:
(кэш-жадтың көпше мекенжайы) = (негізгі жад блогының мекенжайы)
·mod (кэш-жадтың көпше саны).
Блок аталған көпшенің кез-келген жерінде орналастырылуы
мҥмкін.
Кэш-жадты мҥмкін болатын ҧйымдастырудың ауқымы өте кең:
тікелей бейнелейтін кэш жады - бҧл бір арналы көпше-ассоциативті
ғана емес, ал m блоктарымен толық ассоциативті кэш-жады m-арналы
көпше-ассоциативті деп аталуы мҥмкін. Заманауи процессорларда,
əдетте, тікелей көрсетуі бар кэш-жады немесе екі арналы (төрт
арналы) көпше-ассоциативті кэш-жады пайдаланылады.
2. Кэш-жадтағы блокты қалай табуға болады? Кэш-жадтағы
əрбір блокта негізгі жадтағы қандай блоктың кэш-жадтыбілдіретінін
көрсететінін көрсететін мекенжайлық тег бар. Бҧл тегтер əдетте
процессор өңдеген жады блогының мекенжайымен салыстырылады.
Одан өзге, кэш-жады блоктары сенімді немесе қолдануға жарамды
ақпараттан тҧратынын анықтау əдісі қажет. Осы проблеманы шешудің
барынша таралған əдісі–тегке дəлділік битін (valid bit) қосу деп
аталады.
Көпше-ассоциативті кэш-жадтағы мекенжайлау процессордан
тҥскен мекенжайды ҥш бөлікке бөлумен жҥзеге асырылады: кэш-
жадтың ішкі блогының байтын таңдау ҥшін пайдаланылатын ығысу
өрісі; көпше нөмірін анықтайтын индекс өрісі; салыстыру ҥшін
пайдаланылатын тегтің өрісі.
Егер кэш-жадының жалпы көлемі бекітілген болса, ассоциативтілік
дəрежесін ҧлғайту блоктар санын көпшеге ҧлғайтуға алып келеді; бҧл
ретте индекстің көлемі азаяды жəне тегтің көлемі артады;
3. Мүлт кету кезінде қандай кэш-жады блоктарын ауыстыруға
болады? Мҥлт кету кезінде кэш-жабы бақылаушылары ауыстыруға
жататын блокты таңдауы керек. Тікелей бейнелейтін ҧйымды
пайдаланудың артықшылығы, мҧнда апараттық шешімдердің барынша
қарапайым болып келуінен тҧрады. Басқа таңдау жоқ: тек бір блок
тексеріледі жəне тек осы блок ауыстырылуы мҥмкін. Толық
ассоциативті немесе көпше-ассоциативтілік кезінде кэш-жадыда мҥлт
кеткен кезінде ҥміткерді таңдау қажет болатын бірнеше блоктар бар.
Әдетте, блоктарды ауыстыру ҥшін екі негізгі стратегия қолданылады:
кездейсоқ жəне Least-Recently Used (LRU).
Бірінші жағдайда, блок-ҥімткерлер тегіс таратуға ие болу ҥшін
кездейсоқ таңдалады. Кейбір жҥйелерде аппаратураны жөндеу кезінде
əсіресе пайдалы болатын туынды əрекетті алу ҥшін ауыстырудың
псевдо-кездейсоқ алгоритмі пайдаланылады.
Екінші жағдайда, жақын арада талап етілуі мҥмкін ақпараттың
тасталу ықтималдығын азайту ҥшін блоктарға барлық өтініштер
бекітілген. Ең ҧзақ пайдаланылмаған блок ауыстырылады.
Кездейсоқ əдіс артықшылығы, оны аппараттық қҧралдарда іске асу
жеңіл болуынан тҧрады. Трассаны қолдайтын блоктар саны
көбейгенде, LRU алгоритмі барынша қымбатқа тҥседі жəне жиі жақын
болып келеді. 3.2 -кестедеLRU алмастыру алгоритмін жəне кездейсоқ
алгоритмді пайдаланған кездегі мҥлт кетудің əртҥрлі ҥлестерінің
айырмашылықтары көрсетіледі.
4. Жазу кезінде не болады? Нақты бағдарламаларда кэш-жадыға
қол жеткізген кезде, оқуға қол жеткізу басым болады.
3.2-кесте
LRU алмастыру алгоритмін және кездейсоқ алгоритмді (Random)
қолданған кездегі мҥлт кету ҥлесі
Кэш-
жадының
көлемі,
Кбайт
Ассоциативтілік, %
2-арналы
4-арналы
8-арналы
LRU
Rando
m
LRU
Rando
m
LRU
Random
16
5,18
5,69
4,67
5,29
4,39
4,96
64
1,88
2,01
1,54
1,66
1,39
1,53
256
1,15
1,17
1,13
1,13
1,12
1,12
Достарыңызбен бөлісу: |
