Реализация кэш-памяти в современных процессорах

Кэш-память первого уровня. Эта память, как правило, разделена на кэш-память для хранения данных и кэш-память для хранения команд. Каждая кэш-память имеет объем в десятки К байт (32К, 64К байт). Размер блока, пересылаемого в кэш-память первого уровня из кэш-памяти второго уровня зависит от модели процессора. В современных процессорах для персональных компьютеров это 64 байта. Как правило, используется множественно-ассоциативный с n каналами принцип организации с различным числом секторов (2, 4, 8).

Кэш-память второго уровня является общей для данных и команд и имеет объем в сотни и тысячи К байт (например, в производительных процессорах фирмы Intel 256К байт). Поиск в кэш-памяти второго уровня выполняется в случае, когда фиксируется промах в кэш-памяти первого уровня. В кэш-памяти второго уровня может использоваться как сквозная, так и обратная запись. Размер блока, пересылаемого в кэш-память второго уровня из кэш-памяти третьего уровня, также может изменяться в широких пределах, например, 64, 128 байт. Используется множественно-ассоциативный с n каналами принцип организации с различным числом секторов (4, 8).

Кэш-память третьего уровня является общей для данных и команд и имеет объем в несколько М байт. Поиск в кэш-памяти третьего уровня выполняется в случае, когда констатируется промах в кэш-памяти второго уровня. Может использоваться как сквозная, так и обратная запись. Используется множественно-ассоциативный с n каналами принцип организации с различным числом секторов (8, 16).

Каждый новый уровень кэш-памяти имеет:

объем - не менее чем в 8-10 раз больше чем предыдущий уровень;

в 3-4 раза ниже быстродействие;

более широкие линии связи для получения информации с более низких уровней иерархии памяти.

По соответствию информации кэш-памяти уровней могут быть:

информация в кэш-памяти более высокого уровня является подмножеством кэш-памяти более низкого уровня;

информация в кэш-памяти более высокого уровня не является подмножеством кэш-памяти более низкого уровня.

В настоящее время в большинстве компьютеров реализуется первый тип организации многоуровневой кэш-памяти. Второй тип организации многоуровневой кэш-памяти использовался в процессорах фирмы AMD.

Словарь терминов иерархической подсистемы памяти

Блок (или строка)

Порция информации, которая может либо присутствовать, либо не присутствовать в кэш-памяти.

Коэффициент попаданий (удачных обращений) к уровню иерархии

Доля удовлетворенных обращений уровнем иерархической подсистемы памяти.