2014-02-09
1045
Первое решение – использовать программные средства. Программист может разместить наиболее часто используемые операнды в РОН, тем самым сокращается количество «медленных» обращений в ОЗУ. Результат решения во многом зависит от качества программирования.
Второе решение – использование в архитектуре ЭВМ специальных регистровых буферов или КЭШ памяти (Аппаратное решение). Традиционно, в развитых ЭВМ используется аппаратная буферизация доступа к операндам команд, а также к самим командам. Регистровые буфера или КЭШ память предназначены для разрешения проблемы несоответствия скоростей работы ОЗУ и ЦП, на аппаратном уровне, т.е. эта форма оптимизации в системе организована аппаратно и работает всегда, вне зависимости от исполняемой программы.
Кэш память (cache memory) первого уровня (L1)
Автоматически минимизирует число обращений к ОП за командами и операндами команд. Обмен данными между КЭШем и оперативной памятью осуществляется блоками фиксированного размера.
Адресный тег блока содержит служебную информацию о блоке (соответствие области ОЗУ, свободен/занят блок,......).
Нахождения данных в КЭШе - попаданием (hit). Если искомых данных нет в КЭШе, то фиксируется промах (cach miss).
При возникновении промаха происходит обновление содержимого КЭШа - вытеснение.
Появляется вопрос кого “убирать”? Существуют различные дифференцированные критерии решения этой проблемы.
Стратегии вытеснения:
• случайная;
Это когда в системе есть в системе датчик случайных чисел (аппаратный) и он будет генерировать номер того блока, который должен быть освобожден.
• вытеснение наименее популярного (LRU - Least-Recently Used).
Наиболее распространенный и простой критерий - вытеснять из таблицы самую “старую” строчку. А признаком старения может быть, например, количество обращений к буферу, при котором нет обращения к этой строчке.
Вытеснение КЭШ’а данных:
• сквозное кэширование (write-through caching)
эта стратегия предусматривает при появлении команды записи менять содержимое соответствующего операнда в блоке КЭШа и сбрасывать этот блок в оперативную память, т.е. в каждый момент времени состояние КЭШа и оперативной памяти идентично. Понятно, что здесь есть некий накладной расход, поскольку происходит частый сброс в ОП при записи информации в КЭШ. Но, поскольку, команд чтения по статистике больше, чем команд записи то эффект есть.
• кэширование с обратной связью (write-back cache) - тег модификации (dirty bit)
Суть: при появлении команд записи меняется содержимое машинного слова только в КЭШе. Соответственно во времени нарастает несоответствие содержимого блока в КЭШе и в ОП. При появляется проблемы вытеснения работает следующая схема. В тэге КЭШа присутствует тэг модификации, в котором устанавливается признак того, что в данном блоке уже произошла модификация, при первой записи слова в этот блок, соответственно, если возникает проблема вытеснения и, по какой-то стратегии из обозначенных, выбран блок КЭШа, который нужно вытеснить, то анализируется тэг модификации, если блок не модифицировался, то он просто освобождается, если он модифицировался, то происходит сброс содержимого блока в соответствующие адреса ОП.
При использовании кэш памяти (cache memory):
• сокращается количество обращений к ОЗУ;
• существенно увеличивается скорость доступа к памяти в случае использования ОЗУ с «расслоением», т.к. обмены блоков с памятью будут проходить, практически параллельно.
Аппарат прерываний
Прерывание - событие в компьютере, при возникновении которого в процессоре происходит предопределенная последовательность действий. Прерывания возникают в нестандартных ситуациях (например, в регистре команд декодируется операция с неизвестным кодом).мы заранее оговариваем какого рода нестандартные ситуации могут произойти. Прерывание – это программно аппаратное средство.
Прерывания:
• внутренние - инициируются схемами контроля работы процессора
• внешние - события, возникающие в компьютере в результате взаимодействия центрального процессора с внешними устройствами.
При прерывании: запускается обработчик прерываний (после обработки программа может быть продолжена, поэтому сохранение параметров, заранее оговаривается перечень регистров, которые автоматически сохраняются, например, счетчик команд, регистр результатов и т.д.), освобождаются регистры общего назначения, которые будут использоваться программой – обработчиком, на время обработки все остальные прерывания блокируются (помещаются в очередь), передается управление на точку операционной системы(место в памяти), где находится код обработчика именно этого прерывания, перечень свободных ресурсов для обработчика зависит от реализации ОС.
