Monografia

UNIVERSIDAD DE PUERTO RICO EN BAYAMON
DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE COMPUTADORAS

Protocolos de Coherencia de Memoria Caché

SICI4019 LM1
PROFESOR F. ARNIELLA
Introducción

La memoria caché es, sin lugar a dudas, uno de los componentes más importantes dentro de la arquitectura de una computadora a pesar de su pequeño tamaño. La implantación de la misma surge a raíz del aumento sustancialde la velocidad de los procesadores y la limitación de tiempo de transferencia entre el procesador y la memoria principal. A pesar de su alto rendimiento, cuando sistemas multiprocesadores que contienen memoria de caché compartida tratan de actualizar su propia copia de información, podría ocurrir el fenómeno conocido como problema de coherencia en la memoria caché. Sin embargo, una serie deprotocolos fueron implantados con el fin de resolver o aminorar el problema de coherencia en la memoria caché.
El propósito de esta monografía es informar sobre lo que es la memoria caché, su arquitectura, el funcionamiento de la misma al momento de lectura y de escritura, como surge el problema de coherencia en la memoria caché, las dos clases principales de protocolos que son utilizados en lossistema de hoy día, sus mecanismos, los protocolos más utilizados en sistemas modernos y cómo estos, a su manera, controlan el problema de coherencia en la memoria caché.

Memoria caché
La memoria caché es un tipo de memoria de acceso aleatorio y de alta velocidad que se presenta de forma temporal y automática. Su función es vital para el procesador al momento de buscar información ytransferir datos a memoria principal. La misma está localizada entre el procesador (CPU) y la memoria principal para que, de esta forma, pueda brindar mayor velocidad de memoria al momento de transferencia entre procesador y memoria principal, para así proveer un acceso rápido a la información más reciente.

Procesador

Caché

Memoria Principal
Transferencia de words
Transferencia de bloquesFigura 1. Transferencia entre procesador y memoria principal
Es importante mencionar que la memoria caché se alimenta de la memoria RAM con los datos e instrucciones que el procesador ha buscado recientemente. Es por esta razón, que el procesador, al momento de buscar información, busca primero en la memoria caché y el acceso es más rápido. Sin embargo, de no encontrar la información en lamemoria caché, la información entonces se copia de la memoria RAM a caché para luego poder ser accesada por el procesador.
Niveles de Caché
Existen diferentes tipos de niveles de memoria caché organizados de manera jerárquica donde, por lo general, mientras más cerca del procesador mayor será la velocidad al momento de acceso, pero menor la capacidad de almacenamiento (Castro, n.d). Los nivelesse mencionan a continuación:
* Nivel 1 (L1) – (caché interno) caché situado en el núcleo del procesador, lo que hace que trabaje a la mayor velocidad posible, o sea, a la velocidad que trabaja el procesador. Sin embargo, posee el tamaño más reducido, el mismo fluctúa entre 4 KB a 128 KB.

* Nivel 2 (L2) – (caché externo) caché actualmente situado en el procesador, pero no en el núcleode este. Es más lenta que el nivel L1, pero posee mayor capacidad de almacenamiento. Su tamaño fluctúa entre 256 KB a 4 MB.

* Nivel 3 (L3) – caché más grande y por ende más lenta que L2. Ubicada en tarjetas madre y procesadores. Su capacidad soporta hasta 6 MB.

* Nivel 4 (L4) – caché situada en periféricos y algunos procesadores.

* Memoria RAM – la memoria RAM puede funcionarcomo memoria caché para algunos periféricos y dispositivos de almacenamiento.

* Disco duro – el nivel más alto lo ocuparía la caché de disco duro como las que son utilizadas por navegadores web y otros periféricos.
La búsqueda de información empieza en el nivel L1 y continúa ascendiendo hasta encontrar la información deseada (Castro, n.d). Nuevamente, mientras más se ascienda más lento...