Средња школа „Ђура Јакшић“ Рача
МАТУРСКИ РАД
ПРЕДМЕТ: РАЧУНАРИ
ТЕМА: КЕШ МЕМОРИЈА
ПРОФЕСОР: УЧЕНИК:
АЛЕКСАНДАР СРЕЋКОВИЋ АЛЕКСАНДАР СРЕЋКОВИЋ
Рача, мај 2018.
4
1. Кеш меморија (cache)
Назив кеш меморије потиче од речи cache memory, што у преводу значи скривена
меморија. Скривена je у смислу да је реализована хардверски, да је скривена од програмера, тј.
програмер не може да утиче на кеш меморију. Кеш меморија је део меморије у који се
привремено уписују подаци пре њиховог пребацивања у главну меморију. Разлог увођења кеш
меморије је релативно велико време приступа радној меморији. Кеш меморија се користи за
убрзавање приступа радној меморији, а самим тим и за убрзавање рада рачунара. Капацитет кеш
меморије је знатно мањи од капацитета радне меморије. Време приступа кеш меморији је за ред
величине мањи од времена приступа радној меморији. Зависно од тога колико имате слободног
кеша, ваш рачунар ће радити брже или спорије.
O STA LI
D E LO V I
C P U
K E Š
C P U
M E M
A
D
A D R E SA
PO D A C I
PO D A C I
A D R E SA
Слика 1. Кеш меморија
Кеш меморија је веома брзи простор за смештање података који је мањи од главног простора за
смештање података. У кеш меморију се привремено смештају инструкције и подаци из главног
складишта које ће CPU вероватно следеће користити.
Смештање одређених података у cache убрзава операције компјутера. Постоје две врсте cache-a:
унутрашњи (или меморијски cache) и спољни (или cache на диску). Унутрашња кеш меморија је
уграђена у CPU, а спољнa кеш меморија се налази на матичној плочи. Када се позива одређени
елемент, компјутер најпре проверава унутрашњи cache, затим спољни cache, а тек на крају
спорије главне записе.
Код процесора са виртуелном меморијом, адресе које се генеришу су виртуелне, па постоји
потреба за њиховим превођењем у физичке адресе сваки пут када се приступа физичкој
меморији. Уколико у процесору постоји и кеш меморија, поступак превођења виртуелних у
реалне адресе и приступ кеш меморији је могуће реализовати на два начина:
најпре се приступа кеш меморији, па се тек код приступа оперативној меморији врши
превођење виртуелних у реалне адресе, или
5
најпре се врши превођење виртуелних у реалне адресе, пасж се тек после тога приступа
кеш меморији.
У првом случају, у кеш меморији се налазе виртуелне адресе, па се оваква реализација кеш
меморије назива и виртуелна кеш меморија. У другом случају, у кеш меморији се налазе реалне
адресе, па се оваква реализација кеш меморије назива и реална кеш меморија.
Посматрано са аспекта перформанси кеш меморије, виртуелни кеш је бољи него реални кеш.
Тада, у случају “hit”-а који се далеко чешће јавља него “miss” не би било превођења виртуелне
у реалну адресу. У супротном случају “ hit access time” би требало стално увећавати за време
превођења виртуелне у реалну адресу. Виртуелни кеш, међутим, уноси одређене проблеме за
које су потребна одређена решења.
1.1. Виртуелни кеш
Први проблем је последица чињенице да различити корисници имају исте виртуелне
адресе које се пресликавају на различите физичке адресе. На пример, сваки корисник у случају
страничне организације виртуелне меморије има странице број нула, један, итд. које се,
међутим, пресликавају у различите блокове. Исто то важи и за сегменте са бројевима нула, један
итд. kоји се, међутим, пресликавају у различите делове меморије. Стога би, по поребацивању
процесора са корисника на корисника, нови корисник могао да утврди да се потребан блок,
рецимо, страница нула, налази у кешу и да му погрешно приступи, како је то блок са истим
бројем странице нула који је у кешу остао од претходног корисника. Ту постоје два решења.
Прво је да се сви улази кеш меморије прогласе за неважеће при пребацивању процесора са
корисника на корисника. Друго је да се
tag
прошири са PID
(процес идентификатор) бројем. У
првом случају се квари “
miss rate
” а у другом повећава дужина “
tag”-а.
Други проблем са виртуелним кешом се састоји у томе да различити корисници могу да користе
различите виртуелне адресе за исту физичку адресу. То се дешава у случају страничне
организације виртуелне меморије у случају дељивих сегмената. Ове двоструке адресе, назване
синоними или алиаси, могу да доведу до тога да се у виртуелном кешу појаве две копије истог
податка. У случају реалног кеша, ово не може да се деси, зато што би различите виртуелне
адресе увек биле преведене на исту физичку адресу.
