Memorias Cache

Introducción a la Computación
Capitulo 4
Memoria Cache

Características generales
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Ubicación
Capacidad
Unidad de transferencia
Método de Acceso
Prestaciones
Dispositivo Físico
Características Físicas
Organización

Ubicación
• CPU
• Interna
• Externa

Capacidad
• En bytes o palabras
—La unidad natural de organización

• Tamaño de la palabra
—8,16, 32 … bits

Unidad de transferencia
• Interna
—Definida por el ancho del bus de datos

• Externa
—Bloque mucho mas grande que una palabra

• Unidad Direccionable
—Locación mas pequeña que puede ser direccionada
—Internamente es una palabra pero puede ser bytes
—Clusters en HD

Métodos de Acceso (1)
• Secuencial
— Unidades de datos denominados “Registros”
— Comienza desde elprincipio y avanza secuencialmente
— Tiempo de acceso depende de la ubicación del dato
buscado y de la posición actual
— Ej. Cinta
• Directo
— Bloques individuales que tienen dirección única
— Se accede a la bloque y dentro de él se busca
secuencialmente
— Tiempo de acceso es nuevamente variable
— Ej. Disco

Métodos de Acceso (2)
• Aleatorio (Random)
—Cada posición de memoria tiene unaúnica dirección
—El tiempo es el mismo para cada posición
—Ej. RAM

• Asociativa
—El dato es recuperado mediante una comparación de
los contenidos comunes de todas las celdas a la vez
—El tiempo de acceso es fijo
—Ej. Cache

Prestaciones
• Tiempo de acceso
—Tiempo entre que se presenta la dirección a la
memoria y se memoriza o se hace disponible

• Tiempo de Ciclo de memoria
—Lamemoria necesita de un tiempo para recuperarse
entre accesos
—Tiempo de acceso + recuperación

• Velocidad de transferencia
—Velocidad a la cual se pueden transferir los datos

Soportes Físicos
• Semiconductor
—RAM

• Magnético
—Discos y Cinta

• Óptico
—CD y DVD

Características Físicas

• Perdurabilidad
—Volatilidad
—Borrable o no

• Consumo de energía

Organización• Disposición de los bits en las palabras
• No siempre es obvia
• Ej. Interlineado

Jerarquía de la memoria
• Registros
—En CPU

• Memoria Interna o Principal
—Puede incluir uno a o mas niveles de cache
—“RAM”

• Memoria Externa
—Almacenamiento permanente

Jerarquía de la memoria - Diagrama

Costo, Capacidad y Velocidad
• A menor tiempo de acceso
—Aumenta el costo por bit

•A mayor capacidad
—Menor costo por bit

• A mayor capacidad
—Mayor tiempo de acceso

Lista Jerárquica
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Registros
Cache L1
Cache L2 …
Memoria principal
Cache de Disco
Disco
Unidades Ópticas
Cinta

¿Si se quiere velocidad?
• Es posible construir una computadora que use
solo RAM estática
• Esta sería muy rápida
• No necesitaría cache
• Costaríademasiado

Localidad de las referencias
• Durante la ejecución de un programa, las
direcciones de las instrucciones tienden a estar
agrupadas
—Ej. Bucles

• Lo mismo ocurre con los datos
—Ej. Matrices

Cache
• Pequeña porción de memoria rápida
• Entre la memoria principal y la CPU
• Puede estar en CPU o como módulo aparte

Estructura del Cache/Memoria Principal

Operación del Cache -Principios
• CPU pide el contenido de una posición de
memoria
• Verifica el cache para ver si se encuentra ahí
• Si es así, lo lee de cache (rápido)
• Si no, se transfiere el bloque de memoria donde
se encuentra la posición requerida, al cache
• Se entrega la posición a la CPU
• Cache incluye etiquetas que identifican cual
bloque de memoria principal esta en cada línea
de cacheOperación - Diagrama de Flujo

Organización Típica del Cache

Diseño del Cache
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Tamaño
Función de correspondencia
Algoritmo de sustitución
Política de escritura
Tamaño de bloque
Número de caches

Tamaño
• Costo
—Mucho cache es costoso

• Velocidad
—Mas cache hace mas rápido el funcionamiento (hasta
cierto punto)
—Verificar el cache toma tiempo, cuando mas...