Aula 9

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Aula 9
MEMÓRIA CACHE

OBJETIVOS


Ao final desta semana, você deve…










Compreender o conceito de princípio de
localidade temporal e espacial;
Compreender a organização da memória cache
em relação a memória principal;
Compreender o conceito de eficiência de cache;
Compreender o conceito de mapeamento de
memória cache;
Compreender os algorítimos de substituição de
cache;

INTRODUÇÃO



A Memória Principal transfere bits para o processador
em velocidades sempre inferiores ao que o
processador pode receber ou processar;
A evolução da Memória Principal não acompanhar a
do Processador;






Processador: dobra a cada 18 à 24 meses;
Memória aumenta cerca de 10% ao ano;

Qual solução adotar?
Década de 1960:



Pesquisadores da IBM: Analise dos processos em
execução;Principio de localidade (principle of locality);

CONCEITO DE LOCALIDADE









Após o programa ser compilado, ele é um conjunto ordenado de
instruções, que são armazenados sequencialmente na memória
(um endereço após o outro);
O processador (através do registrador CI – Counter Instruction)
sabe qual a próxima instrução ser buscada na memória. A
sequência pode ser quebrada (através de um loop ouif-then-else,
por exemplo);
Ao analisar o comportamento de programas em execução, os
pesquisadores notaram que, em média, todos os programas
possuem alguns trechos que são executados mais de uma vez em
um curto espaço de tempo;
Este comportamento se chama principio de localidades;
Pode ser dividido em duas modalidades:



Localidade espacial;
Localidade temporal;

LOCALIDADE ESPACIAL E
TEMPORAL









Espacial: As instruções de um programa são executados, na
maior parte do tempo, sequencialmente;
Eventualmente, a sequência pode ser quebrada por um IFTHEN-ELSE ou DO-WHILE;
Ex: Acesso a um vetor;
Temporal: Os algoritmos tendem a ter algumas instruções
que são executadas mais (repetidas) vezes em um curto
espaço de tempo;
Ex: FOR, WHILE, DO-WHILE;


COMO TIRAR PROVEITOS DO PRINCIPIODE
LOCALIDADE?

MEMÓRIA CACHE






Criar um elemento de memória intermediário entre o Processador e a
MP, denominado cache, cuja velocidade seja superior a da MP;
Significado de cache: Lugar seguro para guardar (ou esconder) coisas;

A Memória Cache deve possuir um tamanho suficiente grande para
tirar o máximo de rendimento do princípio de localidade e suficiente
pequena para não elevar emexcesso o custo do sistema computacional;

MEMÓRIA CACHE


Outros empregos do termo “cache”



Cache de disco: Mesmo principio da Memória Cache,
porém aplicada a Discos Rígidos (localidade espacial);
Um segundo nível de memória cache para a memória
secundária é alocada na Memória Principal;
Exemplo: HD Seagate 1000GB (1TB) SATA 3 7200
RPM - ST31000524AS





32 MB de cache!

FUNCIONAMENTO DAMEMÓRIA
CACHE






1. O processador coloca o endereço desejado no
Barramento de endereços;
2. O Sistema de Controle da Cache intercepta este
endereço, e verifica se o mesmo se encontra na Cache;
3. Desta interpretação, conclui se o dado solicitado estão
ou não na memória cache
 HIT: O dado se encontra na cache. O dado então é
transferido para o processador;
 MISS: Neste caso, o controlador daMP é acionado para
localizar o bloco da MP que contém o dado (célula)
desejado. Este bloco é então transferido para a Memória
Cache.
Um Bloco é um conjunto de células continuas (sequencialmente
dipostas). A MP é dividida em blocos para tirar proveito do
principio de localidade

EFICIÊNCIA DA CACHE







Quanto mais hits (acertos) e menos misses (faltas)
ocorrerem, melhor;
Eficiência daCache :
(Número de Hits / Total de Acessos) * 100
Exemplo:
Um determinado sistema de computação possui uma
memória cache, MP e um processador. Em operações
normais, obtêm-se 87 acertos para cada 100 acessos
do processador as respectivas memórias. Qual a
eficiência do sistema da cache/MP?


E =( 87 / 100 ) * 100 = 87%

ORGANIZAÇÃO DA MEMÓRIA CACHE
Memória
Principal

Memória
Cache
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