Компютърна история – Кеш, част 1 от 2

By | ноември 22, 2021

Анализирахме първите спомени на цифровия компютър, вижте История на компютъра – Основна памет и споменахме, че стандартната RAM (памет с произволен достъп) е паметта с чип. Това е в съответствие с често цитираното приложение на закона на Мур (Гордън Мур е един от основателите на Intel). В него се посочва, че плътността на компонентите на интегралните схеми, която може да се перифразира като производителност на единична цена, се удвоява на всеки 18 месеца. Основната памет имаше време на цикъл в микросекунди, днес говорим в наносекунди.

Може би сте запознати с термина кеш, който се отнася за компютрите. Това е една от характеристиките на производителността, споменати, когато говорим за най-новия процесор или твърд диск. Можете да имате L1 или L2 кеш на процесора и дисков кеш с различни размери. Някои програми също имат кеш, известен също като буфер, например, когато записват данни в CD записващо устройство. Първите програми за запис на компактдискове имаха „препълвания“. Крайният резултат от това беше добро предложение на подложки за чаши!

Мейнфрейм системите използват кеш от много години. Концепцията стана популярна през 70-те години на миналия век като начин за ускоряване на времето за достъп до паметта. Това беше времето, когато централната памет постепенно се премахваше и заменяше с интегрални схеми или чипове. Въпреки че чиповете бяха много по-ефективни по отношение на физическото пространство, те имаха други проблеми с надеждността и генерирането на топлина. Чиповете от един дизайн бяха по-бързи, по-горещи и по-скъпи от чиповете с друг дизайн, които бяха по-евтини, но по-бавни. Скоростта винаги е била един от най-важните фактори в продажбите на компютри, а дизайнерите винаги са търсили начини за подобряване на производителността.

Концепцията за кеш паметта се основава на факта, че компютърът по своята същност е машина за последователна обработка. Разбира се, едно от големите предимства на компютърния софтуер е, че той може да бъде „разклонен“ или „изскочен“ извън последователността, предмет на друга статия от тази поредица. Въпреки това, все още има достатъчно случаи, когато една инструкция следва друга, за да направи буфера или кеша полезно допълнение към компютъра.

Основната идея на кеша е да се предвиди какви данни са необходими от паметта, за да бъдат обработени в процесора. Помислете за програма, която се състои от поредица от инструкции, всяка от които се съхранява на място в паметта, например от адрес 100 нагоре. Инструкцията на място 100 се чете от паметта и процесорът я изпълнява, след това следващата инструкция се чете от място 101 и се изпълнява, след това 102, 103 и т.н.

Ако въпросната памет е основна памет, може да отнеме 1 микросекунда за прочитане на инструкция. Ако процесорът отнема, например, 100 наносекунди, за да изпълни инструкцията, тогава той ще трябва да изчака 900 наносекунди за следващата инструкция (1 микросекунда = 1000 наносекунди). Ефективната скорост на повторение на процесора е 1 микросекунда. (Посочените времена и скорости са типични, но не се отнасят за конкретен хардуер, те само дават илюстрация на включените принципи).

Вашият коментар

Вашият имейл адрес няма да бъде публикуван. Задължителните полета са отбелязани с *