Trabalho de memória cache

Melquizedeque sousa de Medeiros

UNIVERSIDADE  UNICARIOCA        

MEMÓRIA CACHE

RIO DE JANEIRO -RJ

25 de Maio de 2014

   

MEMÓRIA CACHE

Aluno: Melquizedeque sousa de Medeiros

Curso: Rede de computadores

Turma: 861

Trabalho entregue ao professor Mario Monteiro na diciplina de Arquitetura computadores para obtenção de nota no 1º bimestre

RIO DE JANEIRO -RJ

25 de Maio de 2014

SUMÁRIO

1. 1 Introdução  ............................................................................................. 9
2. 2 Principio de Localidade......................................................................... 11
3. 2.1 Cache em níveis................................................................................ 12
4. 2.2 Mapeamentos de Memória Cache..................................................... 13
5. 2.3 Algoritmos de Substituição .................................................................15
6. 2.4 Vantagens e Desvantagens
7. 2.5 Conclusão.......................................................................................... 22
8. 2.6 Bibliografia......................................................................................... 24
9. 3 Conclusão............................................................................................. 29

INTRODUÇÃO

Devido ao grande avanço da tecnologia a memória principal se tornava cada vez mais lenta para responder as solicitações feitas pelos processadores, logo surgiu a necessidade de criar uma nova tecnologia capaz de minimizar essa grande diferença de velocidade.

Foi então criada a Memória Cache,  que é um modo de memória rápida (1000 vezes mais rápida que a memória RAM) que fica dentro de chipset do processador, para acelerar a comunicação. Quando o processador precisar executar uma operação que necessite ler ou escrever dados na memória, ele as procura no cache para acelerar o processo.

Se não as encontrar, os dados serão carregados da memória RAM para o cache primário, para só então o processador usá-las, esse processo é muito lento. De tempos em tempos, o cache joga fora os dados que não estão sendo utilizados, para poder alocar novas informações. Sempre que isso acontece, a memória cache faz uma escrita dos dados que foram alterados na memória RAM, e isso é uma operação lenta.

O tamanho da cache vai influenciar na quantidade de escritas e leituras da RAM, e isso pode fazer diferença em programas especialmente programados para tal fim. E os processadores com múltiplos núcleos precisam de mais cache para evitar a competição interna dos recursos.

[pic 1]

Figura 1 – Localização da memória cache

Principio de Localidade

Localidade temporal:

Refere-se ao acesso feito pelo processador a um mesmo recurso duas ou mais vezes em um curto intervalo de tempo.

Localidade Espacial:

Refere-se ao acesso de dois recursos que estejam próximos em um curto intervalo de tempo.

Cache em níveis

Cache L1

Uma pequena porção de memória estática presente dentro do processador. Em alguns tipos de processador, como o Pentium 2, o L1 é dividido em dois níveis: dados e instruções.  A partir do Intel 486, começou a se colocar a L1 no próprio chip [processador]. Geralmente tem entre 16KB e 128KB

Cache L2

Possuindo o Cache L1 um tamanho reduzido e não apresentando uma solução ideal, foi desenvolvido o cache L2, que contém muito mais memória que o cache L1. Ela é mais um caminho para que a informação requisitada não tenha que ser procurada na lenta memória principal. Alguns processadores colocam essa cache fora do processador, por questões econômicas, pois uma cache grande implica num custo grande, mas há exceções, como no Pentium II, por exemplo, cujas caches L1 e L2 estão no mesmo cartucho que está o processador.Quanto mais alto é o clock do processador, mais este aquece e mais instável se torna.

Cache L3

Terceiro nível de memória. Utiliza o cache externo presente na placa-mãe como uma memória de cache adicional. Ainda é um tipo raro devido a complexidade dos processadores atuais, com suas áreas chegando a milhões de transistores.

[pic 2]

Figura 2 – Níveis da memória cache

Mapeamentos de Memória Cache

As caches podem ser mapeadas diretamente, ter mapeamento totalmente associativo ou mapeamento associativo por conjunto.

A organização mais simples é a da cache mapeada diretamente. Neste tipo de cache temos acesso simultâneo ao tag (nome dado a um campo do diretório utilizado para endereçar os blocos) e aos dados. A taxa de acerto é baixa se dois (ou mais) blocos mapeados no mesmo slot. são utilizados alternadamente, reduzindo-se assim o desempenho