Кеш память компьютера, программы, жесткого диска

Что такое кеш память компьютера? Первое что сделаем это определимся с понятием, кеш память (cache) – это способ совместного функционирования двух типов запоминающих устройств, который позволяет ускорить доступ за счет динамического копирования часто используемой информации из “медленного” в “быстрое” запоминающее устройство (ЗУ).

Свойство кеш памяти – это прежде всего прозрачность для программ и пользователей. Другими словами функционирование кеш происходит незаметно для программ.

кеш памятью или кешем, также часто называют одно из устройств – “быстрое” ЗУ. Оно дороже и быстрее.

Принцип действия и как работает кеш память.

Рис.1. Принцип действия кеш – памяти.

Как видно из рисунка запись в кеш выполняется при чтении, в том случае, если эти данные в кеш отсутствуют. Если же в кеш данные есть, то обращение к основной памяти не происходит и в этом случае они считываются из кеш памяти

Содержание кеш-памяти представляет собой совокупность записей обо всех данных из основной памяти (ОП), загруженных в нее

Рис.2 Содержание кеш памяти.

Время доступа пропорционально вероятности попадания в кеш память, которая составляет не менее 90%. Чем объясняется такая высокая степень попадания.

Объективные свойства данных, объясняющие высокую вероятность кеш-попадания

Высокая степень попадания в кеш память объясняется некоторыми объективными свойствами компьютерных данных. К таким свойствам относятся:

Временная локальность

Если произошло обращение по некоторому адресу, то следующее обращение с большой вероятностью произойдет в ближайшее время

Пространственная локальность

Если произошло обращение по некоторому адресу, то с высокой степенью вероятности в ближайшее время произойдет обращение к соседним адресам

Временная локальность позволяет надеяться, что имеет смысл копировать данные в кеш память, т.к. вскоре вероятно все равно к ним будет обращение.

Свойство пространственной локальности делает целесообразным копировать в кеш память не одну единицу данных, а целый блок данных.

Алгоритм действия кеш-памяти

Рис.3 Алгоритм действия кеш памяти.

Проблема согласования данных

Две копии данных: в памяти и кеше порождает проблему согласования. Т.е. версии данных в памяти и КеШе в конечном итоге должны совпадать.

Применяется два подхода при записи:

• Сквозная запись (write through) – если данные находятся в кеше, то запись производится и в кеш и в память(анимация)
• Обратная запись (write back) — если данные находятся в кеше, то запись производится только в кеш и устанавливается признак модификации (в кеш)(анимация)

Остались вопросы? Хотите объяснения? Задайте ваш вопрос в комментариях!