Кэш-память

В связи с тем, что скорость работы ЦП, использующих различные технологии повышения быстродействия, превышает скорость ОП, реализованной на микросхемах динамических ОЗУ, может возникнуть такая ситуация, что после выдачи запроса к ОП должно пройти много циклов, прежде чем ЦП получит нужную информацию. Чем медленнее работает ОП, тем дольше ЦП должен ожидать результатов запроса к памяти. Экономически приемлемым решением этой проблемы стало использование двухуровневой памяти, когда между ЦП и ОП размещается небольшая, но быстродействующая буферная память - кэш. В процессе работы в эту память копируются те области ОП, к которым производится обращение со стороны ЦП. Когда ЦП пытается прочитать данные из ОП, сначала производится поиск копии этих данных в кэше. Если такая копия найдена, то обращения к ОП не будет. При отсутствии данных в кэше они будут выбираться из ОП и одновременно дублироваться в кэше. Т.о. если значительная часть данных находится в кэше, то время обработки сокращается. Но т.к. команды программы преимущественно выполняются последовательно, то в течение некоторого промежутка времени используется только небольшой участок памяти. Этот принцип, называемый принципом локальности, составляет основу систем кэш-памяти. Кэш-память состоит из блоков – строк, каждой строке соответствует тег – признак, содержащий сведения о соответствующем блоке в ОП. В качестве тега обычно используется часть адреса блока в ОП.

Кэш-память не является программно доступной, не увеличивает ёмкость памяти, а служит только для повышения производительности системы.

Эффективность применения кэш-памяти зависит от её ёмкости, размера строки, алгоритма согласования содержимого ОП и кэш-памяти, числа уровней кэш-памяти.

Кэш-память бывает нескольких уровней. Кэш-память первого уровня L1 интегрируется с ЦП и служит для предварительной выборки команд и данных. Когда говорят о кэш-памяти, обычно имеют в виду кэш-память второго уровня L2. Она обеспечивает ускорение обработки программы в ЦП и реализована на базе очень быстрой и дорогостоящей статической памяти SDRAM. Физически L2 может быть интегрирована с ЦП или размещена на плате ЦП в виде отдельной микросхемы. В некоторых ПК есть кэш-память третьего уровня, но её эффективность пока незначительна.