2.3.6 Методы увеличения быстродействия кэш-памяти

К методам увеличения быстродействия кэш-памяти можно отнести:

• применение метода расслоения обращений ОП при обновлении ОП и замещении кэш-памяти данных;
• использование СОЗУ данных кэш-памяти с двусторонним доступом и расслоением обращений СОЗУ данных и ОП;
• разделение кэш-памяти на независимые кэш-память команд и кэш-память данных с использованием различных стратегий обновления и замещения строк, т.к. для программ нет необходимости записи и удаления строк из кэш-памяти в ОП, если программа не модифицируется в процессе выполнения. Кроме того, процедуру замещения можно выполнять не строками, а блоками размером до 256 байт благодаря хорошей пространственной локальности программ, что в совокупности позволяет уменьшить время замещения;
• использование обходных буферов при обновлении ОП:
  1. буфер FIFO при использовании сквозной записи для реализации отложенной записи в ОП;
  2. введение регистрового буфера между кэш-памятью и ОП при удалении строки из кэш-памяти в ОП;
• использование флаговой обратной записи, что сокращает время на обновление ОП;
• использование двухуровневой кэш-памяти. Между кэш-памятью и ОП включается дополнительная кэш-память, называемая системной (или внешней) кэш-памятью. Для взаимодействия внутренней кэш-памяти с внешней используется метод сквозной записи, а для взаимодействия внешней кэш-памяти с ОП - метод обратной записи.

Основной выигрыш получается на операциях замещения, т.к. считывание строки во внутреннюю кэш-память выполняется из внешней кэш-памяти, имеющих небольшой разброс времени по быстродействию (1-2 такта). Если адрес не принадлежит внутренней и внешней кэш-памяти, то удаление строки в ОП производится только из внешней кэш-памяти, так как она хранит все копии строк. Процедура замещения строки из ОП может выполняться параллельно во внешнюю и внутреннюю кэш-память. Обе кэш-памяти могут быть реализованы по различным методам распределения, иметь различные стратегии обновления ОП и замещения кэш-памяти и емкость (для внешней кэш-памяти емкость достигает до 512-1024 кбайт).