Ligjerata 7

• Memoria kesh


  Dizajnuar për të kombinuar kohën e qasjes të memories më të shtrenjtë, më të shpejtë me madhësinë e madhe të memories më pak të shtrenjtë, më të ngadalshme

  
• Funksionimi i memories kesh

  1. Kur procesori dëshiron të lexojë një fjalë prej memories, së pari kontrollohet se a është ajo fjalë në memorien kesh

  2. Nëse është, fjala i dërgohet procesorit

  3. Nëse jo, një bllok që përmban një numër të caktuar të fjalëve merret nga memoria kryesore dhe vendoset në memorien kesh, e pastaj fjala e kërkuar i dërgohet procesorit

  4. Për arsye të parimit të referencimit në afërsi, kur një bllok me të dhëna vendoset në memorien kesh për të realizuar një referencë në memorie, ka gjasë që në të ardhmen do të ketë referencime në të njëjtin vend në memorie ose në fjalë tjera brenda bllokut

  
• Nivelet e memories kesh

  Niveli 2 (L2) i memories kesh është më i ngadalshëm dhe zakonisht më i madh se niveli 1 (L1)<|>Niveli 3 (L3) është më i ngadalshëm dhe zakonisht më i madh se niveli 2 i memories kesh

  
• Struktura e memories kesh

  Memoria kesh përbëhet prej m blloqeve, që quhen linja (lines) ose rreshta<|>Secila linjë përmban K fjalë dhe disa bit për pjesën Tag (etiketa)<|>Secila linjë përmban po ashtu bit të kontrollit, për shembull një bit për të treguar nëse përmbajtja e linjës ka ndryshuar prej se është vendosur në kesh<|>Gjatësia e një linje, pa përfshirë bitët e tagut dhe kontrollit, është madhësia e një linje (line size)<|>Numri i linjave është shumë më i vogël se numri i blloqeve të memories kryesore (m << M)<|>Secila linjë përfshinë një tag që identifikon bllokun që është i vendosur në linjë të keshit

  
• Struktura e memories kryesore (DRAM)


  Memoria kryesore përbëhet prej 2^n fjalëve të adresueshme, ku secila fjalë ka një adresë unike n bitëshe<|>Memoria kryesore përbëhet nga një numër i blloqeve me gjatësi fikse ku secili bllok ka K fjalë<|>Ekzistojnë M = 2^n/ K blloqe në memorien kryesore

  
• Keshi me shumë nivele

  • Keshi brenda çipit zvogëlon aktivitetin e procesorit në busin e jashtëm dhe në atë mënyrë shpejton ekzekutimin dhe rritë performancën e përgjithshme të sistemit
  • Kur instruksioni ose e dhëna e kërkuar gjendet në keshin brenda çipit, atëherë nuk është e nevojshme qasja në bus
  • Qasjet në keshin brenda në çip do të përfundojnë shumë më shpejtë se madje ciklet e busit me gjendje zero-pritje
  • Gjatë kësaj kohe busi është i lirë për të përkrahur bartje tjera
  • Shumica e procesorëve modern e kanë zhvendosur nivelin 2 të keshit brenda çipit të procesorit dhe kanë shtuar një nivel 3 të keshit (L3)
  • Së fundi, shumica e procesorëve kanë përfshirë një nivel 3 të keshit brenda në çip
  • Sistemet e mëdha, si sistemet mainframe zEnterprise të IBM, tash kanë 3 nivele të keshit brenda në çip dhe një nivel të katërt të keshit që shfrytëzohet prej shumë çipave
• Nëse të dhënat e kërkuara gjendet në keshin brenda çipit, atëherë nuk është e nevojshme qasja në bus
• Qasjet në keshin brenda në çip do të përfundojnë shumë më shpejtë se madje ciklet e busit me gjendje zero-pritje
• Gjatë kësaj kohe busi është i lirë për të përkrahur bartje tjera
• Me rritjen e hapësirës brenda në çip për memorien kesh, shumica e procesorëve modern e kanë zhvendosur nivelin 2 të keshit brenda çipit të procesorit dhe kanë shtuar një nivel 3 të keshit (L3)

  
• Fillimisht, niveli L3 ishte i qasshëm vetëm përmes busit të jashtëm
• Së fundi, shumica e procesorëve kanë përfshirë një nivel 3 të keshit brenda në çip
• Në secilin rast, ka një përparësi të performancës me shtimin e nivelit 3
• Sistemet e mëdha, si sistemet mainframe zEnterprise të IBM, tash kanë 3 nivele të keshit brenda në çip dhe një nivel të katërt të keshit që shfrytëzohet prej shumë çipave
• Kesh i përbashkët


  Një kesh që përdoret për të ruajtur referencat e të dhënave dhe instruksioneve
• Kesh i ndarë

  Kesh i ndarë në dy pjesë: një pjesë për instruksione dhe një pjesë për të dhëna
• Kesh i përbashkët

  • Ka një frekuencë (hit rate) më të madhe të të qëlluarave se sa një kesh i ndarë sepse keshi i përbashkët e balancon punën e marrjes në mes instruksioneve dhe të dhënave në mënyrë automatike
  • Vetëm një kesh është e nevojshme të dizajnohet dhe të implementohet
• Trendi është kah keshët e ndarë në nivelin L1 dhe të përbashkët në keshët e niveleve të larta, veçanërisht te kompjuterët e shpejtë (superscalar), që përdorin ekzekutim paralel të instruksioneve dhe paramarrjen e instruksioneve të ardhshme të parashikuara

  
• Kesh i ndarë

  • E largon garën për memorien kesh në mes njësisë për marrje/dekodim dhe njësisë për ekzekutim
• Numri i blloqeve në memorien DRAM është shumë më i madh se numri i linjave (rreshtave) në kesh
• Modele për pasqyrimin e blloqeve prej memories DRAM në memorien kesh

  • Pasqyrimi direkt (direct mapping)
  • Pasqyrimi asociativ në bashkësi (set associative mapping)
  • Pasqyrimi asociativ i plotë (full associative mapping)