Κεφάλαιο 4 | Ενότητα 2 | Ερωτήσεις επισκόπησης | Προηγούμενο | Επόμενο| Λεξικό όρων

Η λειτουργία της Ανάγνωσης και της Eγγραφής

 Όταν ο επεξεργαστής εκτελέσει μια εντολή που απαιτεί ανάγνωση από ή εγγραφή σε μια διεύθυνση της κύριας μνήμης τότε η αίτηση αυτή απευθύνεται στην κρυφή μνήμη, όπου αρχίζει η λειτουργία του εντοπισμού. Έχει παρατηρηθεί ότι οι αιτήσεις για ανάγνωση είναι πολύ περισσότερες από τις αιτήσεις εγγραφής, επειδή η εκτέλεση όλων των εντολών αρχίζει με την ανάκληση της εντολής, η οποία είναι αίτηση ανάγνωσης. Στη συνέχεια κατά την εκτέλεση της εντολής, μόνον οι εντολές φόρτωσης ή αποθήκευσης περιέχουν αιτήσεις ανάγνωσης ή εγγραφής αντιστοιχα (επεξεργαστής DLX). Η αίτηση ανάγνωσης που είναι ή πιο συχνή περίπτωση είναι και η απλούστερη στην υλοποίηση.

H ανάγνωση στην κρυφή μνήμη:

 Κατά τη λειτουργία του εντοπισμού η ανάγνωση των δεδομένων μιας διεύθυνσης, που περιέχεται σε ένα μπλοκ, γίνεται ταυτόχρονα με τη σύγκριση της ετικέτας του και τον έλεγχο του ψηφίου εγκυρότητας. Κατά συνέπεια, η ανάγνωση του μπλοκ ξεκινάει από την στιγμή που είναι διαθέσιμη η διεύθυνσή του, δηλαδή μετά το βήμα της τμηματοποίησης. Αν το αποτέλεσμα του εντοπισμού είναι επιτυχία, τότε τα ζητούμενα δεδομένα τοποθετούνται στην αρτηρία που συνδέει την κρυφή μνήμη με την Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας (ΚΜΕ), διαφορετικά αγνοούμε ό,τι διαβάσαμε.

H εγγραφή στην κρυφή μνήμη:

  Κατά τη λειτουργία εγγραφής δεδομένων στην κρυφή μνήμη η διαδικασία διαφοροποιείται αισθητά συγκριτικά με εκείνη της ανάγνωσης.

  Η τεχνική επανεγγραφής συνήθως συνδυάζεται με την ανάθεση εγγραφής ενώ η διεγγραφή με την ανάθεση μη εγγραφής.

Καταχωρητής Εγγραφής

  Εάν χρησιμοποιούμε την τεχνική της διεγγραφής, τότε η κεντρική μονάδα επεξεργασίας πρέπει να περιμένει την ολοκλήρωση των εγγραφών. Για τη μείωση των καθυστερήσεων των εγγραφών χρησιμοποιείται μια ενδιάμεση μνήμη, ένας καταχωρητής εγγραφής, που επιτρέπει στον επεξεργαστή να συνεχίσει παράλληλα με την ενημέρωση της μνήμης (σχήμα 5.2.4). Η λύση αυτή δεν μηδενίζει ωστόσο τις καθυστερήσεις στις εγγραφές.

H Λειτουργία της διεγγραφής με καταχωρητή εγγραφής

Σχήμα 5.2.4-H Λειτουργία της διεγγραφής με καταχωρητή εγγραφής

Σύγκριση των μεθόδων εγγραφής στην κρυφή μνήμη

Καθεμία από τις τεχνικές εγγραφής παρουσιάζει τα δικά της πλεονεκτήματα. Πιο συγκεκριμένα:
Eπανεγγραφή:

  1. Οι αιτήσεις του επεξεργαστή για εγγραφή μεμονωμένων λέξεων ικανοποιούνται με την ταχύτητα της κρυφής μνήμης.
  2. Πολλαπλές εγγραφές σ' ένα μπλοκ, απαιτούν μόνο μία εγγραφή στη κύρια μνήμη.
  3. Επειδή κάποιες από τις εγγραφές δεν γίνονται άμεσα στην κύρια μνήμη η τεχνική αυτή απαιτεί μικρότερο εύρος ζώνης κύριας μνήμης
  4. Όταν το μπλοκ επανεγράφεται, το σύστημα χρησιμοποιεί αποτελεσματικά την κύρια μνήμη δεδομένου ότι εγγράφεται ολόκληρο το μπλοκ.
 Διεγγραφή:

  1. Μια αποτυχία ανάγνωσης δεν μπορεί ποτέ να οδηγήσει (λόγω πιθανής αντικατάστασης μπλοκ) σε εγγραφή στην κύρια μνήμη.
  2. Η τεχνική αυτή υλοποιείται ευκολότερα από την επανεγγραφή (δεν απαιτεί τη χρήση Dirty-bit).
  3. Η κύρια μνήμη είναι πάντοτε ενημερωμένη και σύμφωνη με τα περιεχόμενα της κρυφής μνήμης.

Δεν είναι εύκολο να απαντηθεί το ερώτημα ποια από τις δύο τεχνικές εγγραφής είναι η καλύτερη. Η επανεγραφή απαιτεί μικρότερο εύρος ζώνης κύριας μνήμη και μειώνει την κυκλοφορία των δεδομένων αλλά η άμεση ενημέρωση των περιεχομένων της κύριας μνήμης που προσφέρει η διεγραφή είναι απαραίτητη σε ορισμένες διεργασίες Ι/Ο καθώς και σε περιβάλλον πολυεπεξεργασίας. Η βέλτιστη τεχνική μπορεί να βρεθεί με τεχνικές προσομοίωσης μόνο για συγκεκριμένη αρχιτεκτονική του υπολογιστή και για συγκεκριμένη χρήση προγραμμάτων.

ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ 9

* Να απαριθμήσετε τα βήματα της λειτουργίας Τοποθέτησης στην περίπτωση που εκτελείτε εντολή ανάγνωσης από την ΚΜΕ. Η οργάνωση της κρυφής μνήμης είναι συνολο-συσχετιστική (2-δρόμων) και το μέγεθος μπλοκ της κρυφής μνήμης είναι 16 bytes.
* Να περιγράψετε τα βήματα της λειτουργίας Αντικατάστασης όταν η οργάνωση της κρυφής μνήμης είναι άμεσης αντιστοίχησης και το μέγεθος μπλοκ της κρυφής μνήμης είναι 32 bytes. Η τεχνική Εγγραφής στην κρυφή μνήμη σε περίπτωση Επιτυχίας είναι η Επανεγγραφή και σε περίπτωση Αποτυχίας είναι η Ανάθεση Εγγραφής.
* Να χρησιμοποιήσετε το πρόγραμμα προσομοίωσης της κρυφής μνήμης που υπάρχει στην διεύθυνση:

http://hermes.di.uoa.gr/cache-simulation/simulation.html
Στη συνέχεια να καταγράψετε την ακολουθία των λειτουργιών που εκτελούνται και να συγκρίνετε την ακολουθία των λειτουργιών όπως απεικονίζονται στην προσομοίωση, με τις δικές σας απαντήσεις.

ΑΠΑΝΤΗΣΗ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑΣ 9


ΠαράδειγμαΠαράδειγμα