Аналогично при возникновении запроса к памяти выполняется просмотр кэша, и если запрашиваемых данных там нет, то запись выполняется только в основную память. В противном же случае запись производится только в кэш-память, при этом в описателе данных делается специальная отметка (признак модификации), которая указывает на то, что при вытеснении этих данных из кэша необходимо переписать их в основную память, чтобы актуализировать устаревшее содержимое основной памяти.
В некоторых алгоритмах замещения предусматривается первоочередная выгрузка модифицированных, или, как еще говорят, «грязных» данных. Модифицированные данные могут выгружаться не только при освобождении места в кэш-памяти для новых данных, но и в «фоновом режиме», когда система не очень загружена.
4. Кэширование и защита информации
С точки зрения защиты информации основным вопросом возникает защита данных от постороннего вмешательства. С этих позиций кэширование (которое, как известно, использует копию наиболее востребованных данных) представляет опасность в контексте сохранности информации из-за отсутствия в большинстве случаев средств защиты кэш-памяти (использование которых, как известно, настолько замедляет обращение к кэш-памяти, что зачастую нивелирует сам смысл использования кэширования).
Рассмотрим пример кэширования файлов. Здесь кэширование означает возможность вручную или автоматически скопировать файлы из папки в кэш-память любой рабочей станции, получившей доступ к данным, с тем, чтобы использовать их в дальнейшем в автономном режиме. Если пользователь ограничивается сроком доступа к данным, то есть смысл разрешить кэширование, так как кэш является областью оперативной памяти и позволяет быстро обрабатывать помещенные в него данные (файлы). Если же приоритетом выступает защита данных от малейших поползновений, то проще запретить кэширование. Необходимо отметить, что без принятия специальных мер это не спасает от копирования файлов из папки общего доступа на диски других рабочих станций.
Рассмотрим пример кэширования памяти процессоров. Процессы, исполняющиеся в многозадачных системах, владеют кэш-памятью не единолично, а вынуждены делить ее между собой. Таким образом, один из параллельно работающих процессов может потенциально получить доступ к данным другого процесса через кэш-память. В этом случае для повышения защиты данных обычно используют принцип упорядочения обработки данных процессов (например, на базе алгоритмов сетей Петри).
В этой ситуации возникает вопрос о снижении эффективности предвыборки, о снижении эффективности кэширования. Эффективность предвыборки в кэше первого уровня не снижается потому, что промежуток времени между переключениями задач является незначительным для процессора. В любом случае, независимо от того, будет ли вытеснено содержимое L1-кэша или нет, — предвыборка позволяет конвейеризировать загрузку данных из памяти, предотвращая тем самым возможное падение производительности. С L2-кэшем ситуация не так однозначна. Если оптимизируемый алгоритм позволяет распараллелить загрузку данных с их обработкой, то состояние L2-кэша вообще не играет никакой роли, поскольку быстродействие программы ограничивается именно скоростью вычислений, а не пропускной способностью подсистемной памяти. Однако если время обработки данных меньше времени их загрузки из основной памяти, падения производительности никак не избежать.
Предвыборка, конечно, увеличит производительность программы и в этом случае, но ненамного — максимум в два-три раза.
Заключение
В реферате индуктивно рассмотрен вопрос кэширования данных на базе анализа принципа работы кэш-памяти, алгоритмов формирования кэша из основной памяти, проблемы согласования данных.
Список использованных источников
1. Таненбаум Э. Архитектура компьютера. 5-е изд. (+CD). — СПб.: Питер, 2007. — 844 с.
2. Бабич Н. П., Жуков И. А. Компьютерная схемотехника. Методы построения и проектирования: Учебное пособие. — К.: «МК-Пресс», 2004. — 576 с.
3. Гук М. Ю. Аппаратные средства IBM PC. Энциклопедия. 3-е изд. СПб.: Питер, 2006. — 1072 с.
Оперативная память
Кэш-контроллер
Кэш-память
Процессор
