Основы информатики 2 2 (стр. 5 из 12)
С отставанием ‑ в ОП считывается предшествующий ему байт.
С упреждением и с отставанием.
Длина блока передающегося из ОП в кэш влияет на эффективность кэш-памяти. При небольших размерах блока снижается коэффициент попадания. В современных ЭВМ используется длина слова 2 или 4. Растет разрядность шины.
КЭШ – память имеет строчную организацию. Одну и ту же строку Кэш могут занимать различные блоки данных. Для того, чтобы знать, какой блокданных занимает в данный момент времени строку Кэш, исп. спец. код – ТЭГ, который размещается в начале строки. В зависимости от того, каким обр. сравнительно большая ОП отображается в в ср. малой Кэш памяти различают три типа архитектуры Кэш: кэш с прямым отображением, полностью ассоциативные Кэш, наборно – ассоциативная Кэш.
20. Кэш-память с прямым отображением
Каждая строка такой кэш однозначно определяется адресом выставляемым процессором. На одну строку может претендовать два или более блоков. Контролер кэш такого типа выделяет в адресе три группы бит.
Старшая группа бит образует Тег , по которому выбирается линия в кэш затребованной информации. Младшая группа бит называется смещением. Определяет положение байта внутри строки. Промежуточная группа бит определяет номер строки кэш.
В соответствии с адресом, получаемым от процессора контролер кэш по смещению определяет нужную информацию. Процессор по номеру определяет строку кэш-памяти и сравнивает ее Тег со старшими битами адреса. Если имеет место совпадение данные, начиная с байта, номер которого определяется в строке смещением пересылается процессору. Если Тег не совпадает со старшими битами адреса происходит обращение контролера кэш к ОП, из которой ин-ция передается в процессор.
Достоинство – простота аппаратной реализации, фактически требуется только аппаратная часть дя сравнения Тега строки со старшими битами адреса.
Недостаток – большая вероятность конфликтов, которые приводят к тому, что если два или более блоков одинаково часто используемых процессором претендуют на одну и туже строку кэш. Это снижает оперативность обмена между процессором и памятью.
21. Полностью ассоциативная и наборно ассоциативная кэш-память
Ассоциат-я кэш-память. В этом случае информация поступившая из процессора или переносимая из ОП может расположится в любой строке кэш. Адрес рассматривается контролером кэш, состоящим из двух групп бит: младшие биты и смещение.
В соответствии с адресом выставленном процессором, контролер кэш осуществляет параллельный ассоциативный поиск во всех строках кэш. В качестве ассоциативного признака используются старшие биты адреса, которые сравниваются с тегами строк.
Если в кэш имеется строка, удовлетворяющая ассоциативному признаку, из той строки процессору предаются байты, начина яс номера, определяемого смещением.
Достоинством ассоциативной кэш является то, что инф-я может располагаться в любой строке. Недостатком является большие аппаратные затраты для параллельного поиска во всех строках кэш.
Наборно-ассоциативная кэш-память. В этом случае все строки кэш разделяются на группы (наборы). В представленных наборах осуществляется ассоциативный поиск. А инф-ция о ноборе задается в коде адреса
В этом случае контролер кэш по мере набора определяет группу строк, в которой осуществляется параллельный ассоциативный поиск, если требу-я ин-цмя имеется в наборе. В соответствии со смещением осуществляется пересылка ин-ции из строки в процессор.
В современных ЭВМ наиболее часто используется кэш-память с двумя и четырьмя наборами.
22. Обновление КЭШ – памяти
В системах с КЭШ – памятью нужно учитывать, что в ЭВМ хранится одновременно две копии инф. с одинаковыми адресами – одна в КЭШ, другая в ОП. При модификации данных они прежде всего заносятся в КЭШ. Может возникнуть ситуация, когда в КЭШ и ОП по одному и тому же адресу будут храниться различные данные. Для недопущения ситуации, когда в процессе исполнения программы могут быть использованы старые данные, что приведет к ошибке, сущ. спец. способы обновления КЭШ – памяти.
Системы со сквозной записью - в этом случае модифицированные данные заносятся в КЭШ и сразу же перезаписываются в ОП. Это исключает появление различных копий в ОП и КЭШ. Недостатком этого способа обновления явл. частое обр. к ОП, что снижает производительность системы.
Система со сквозной записью и буферизацией – в этом случае модиф. данные задерживаются в КЭШ (спец. буфере перед записью их в ОП). Это дает возможность проц. приступить к выполнению след. команды не дожидаясь, пока данные будут переписаны из КЭШ в ОП. В этом случае увеличение произв. обеспечивается, если при выполнении след. команды имеет место КЭШ – попадание. В рассматриваемом случае (как и в предыдущем) модифиц. данные, хранящ. в КЭШ могут быть исп. каким – либо устр-вом ЭВМ только после перезаписи их в ОП. Обычно КЭШ имеет только1 буфер.
Повторная запись – в этом случае в тэге КЭШ – памяти исп. дополнительный бит изменения. Этот бит устанавливается в 1, если в данную строку КЭШ занесены модиф. данные, кот. ещё не перезаписаны в ОП. При обращении к строке КЭШ контроллер кэш проверяет бит изменения, если в нем 1 перед занесением в эту строку новых данных контроллер перезаписывает их в ОП, после этого записывает новые, если бит изменения 0, в строку кэш сразу же записываются новые данные без перенесения строки в ОП.
23. Назначение процессора и классификация операций
Процессор – это центральное устройство ЭВМ, осуществляющее обработку данных и управление этим процессом. Проц. декодирует и выполняет команды программы, организует обращение к ОП, инициирует работу периферийных устройств, принимает и обрабатывает запросы прерываний, поступающих от устройств ЭВМ и из внешней среды. Действие проц., задаваемые одной командой программы наз. машинной операцией. Операции делятся: арифметико-логические, сдвига, пересылки, управления, ввода–вывода, арифметические, операции присвоения знака, прибавление переноса, вычет заема, сложение, вычитание, умножение, деление, логические. операции отрицания, дизъюнкции, конъюнкции, сложение по модулю 2 – М2., cдвига.
Операции арифметического сдвига, циклического сдвига, логического сдвига.
При выполнении этих опер. двоичный код сдвигается в разрядной сетке влево или вправо. Логический сдвиг – это такой сдвиг, когда освобождающиеся при сдвиге разряды заполняются нулями, а разряды кода, выходящие за пределы разрядной сетки теряются. При лог. сдвиге сдвигаются все разряды кода. Арифметический сдвиг - сдвигаются все цифровые биты числа по тем же правилам, без изменения положения знакового бита. В случае прямых кодов чисел и полож. чисел в любом коде освобождающиеся биты заполняются 0. Циклический сдвиг – в этом случае выходящие за пределы разрядной сетки разряды слова передаются в освобождающиеся разряды.
Пересылки.
Обеспечивает перемещение инф. между регистрами процессора, регистрами и ячейками ОП, между ячейками ОП. Делятся на пересылочные операции типа регистр – регистр, регистр – память, память – память.
Управления.
Управляют процессом выполнения программы и состоянием процессора ЭВМ.
К операциям, управляющим процессом отн.: операции безусловного и условного перехода, вызова подпрограмм, возврата из подпрограмм. Операции безусловного перехода позволяют изменить порядок выполнения программы, условного перехода – при выполнении некоторого условия. Операции вызова подпрограммы обеспечивают запоминание адреса возврата и передают управление по адресу, соотв. адресу первой команды подпрограммы. Операции возврата из подпрограммы обеспечивает передачу управления по адресу, который был заполнен при вызове подпрограммы.
Команды управления состоянием процессора позволяют фиксировать признаки результатов операций, устанавливают приоритеты процессов, переводить процессор в режим ожидания и режим обработки прерываний. Состояние процессора фиксируется в регистре флагов с помощью установки определенных бит этого регистра в 0 или 1. Команды упр. процессором позв. воздействовать на отдельные биты регистра флагов. Так, например, команды признака результатов позв. установку бита регистра флагов Z в 1, если результат операции 0.
24. Форматы команд процессора
ЭВМ осуществляет автоматическую обработку инф., используя программное управление. Программа – алг. решения задачи, предоставленный в виде последовательности машинных команд. Маш. ком-а – двоичный код, содержащий информацию о типе выполняемой операции и адресы операндов, участвующих в операции. Команда состоит из операционной и адресной части:
| Операц.часть | Адресная |
Операционная часть содержит код операции Коп, указывающий процессору, какая операция подлежит выполнению.
Адресная часть содержит инф. о адресах операндов.
В общем случае обе части могут состоять из ряда полей, которые имеют определённое функциональное назначение. Форматом команды называется её структура, представленная с нумерацией бит, границ полей с указанием их функционального назначения. В общем случае , адресная часть формата команды должна содержать поля, дающую информацию об адресе операндов, адресе по которому размещается результат и адрес следующей команды, подлежащей выполнению. Такой формат называется четырёх адресным и имеет вид:
| Коп | А1 | А2 | А3 | А4 |
А1, А2 – адреса операндов (для однооперандных команд имеется одно поле А1)
А3 – адрес, по которому размещается результат выполняемой операции.
А4 – адрес следующей команды, подлежащей выполнению.
Данный формат является избыточным и не используется в ЭВМ т.к. команды ( исп. команды переходов) выполняются в естественном порядке следования их в программе. Это позволяет процессору автоматически вычислять адрес следующей команды, прибавляя к текущему адресу А, выполняемой команды, ее длину L байт.