рабочая частота уменьшается в шесть раз, что и составляет 333 МГц. Замедление обусловлено периодом ожидания (wait state). Если процессор находится в состоянии ожидания, то на протяжении всего цикла (такта) никакие операции не выполняются; процессор, по существу, ждет, пока необходимые данные поступят из более медленной оперативной памяти. Поэтому именно кэш-память позволяет сократить количество "простоев" и повысить быстродействие компьютера в целом.

Чтобы минимизировать время ожидания при считывании процессором данных из медленной оперативной памяти, в современных персональных компьютерах обычно предусмотрены два типа кэш-памяти: кэш-память первого уровня (L1) и кэш-память второго уровня (L2). Кэш-память первого уровня также называется встроенным или внутренним кэшем; он непосредственно встроен в процессор и фактически является частью микросхемы процессора. Во всех процессорах 486 и выше кэш-память первого уровня интегрирована в микросхему процессора. Кэш-память второго уровня называется вторичным или внешним кэшем; он устанавливается вне микросхемы процессора. Первоначально она устанавливалась на системной плате. (Так было во всех компьютерах на основе процессоров 386, 486 и Pentium.) Если кэш-память второго уровня установлена на системной плате, то она работает на ее частоте. В этом случае кэш-память второго уровня обычно находится рядом с разъемом процессора.

Для повышения эффективности в более поздних компьютерах на основе процессоров Pentium Pro, Pentium II/III и Athlon кэш-память второго уровня является частью процессора. Конечно же, он внешний по отношению к кристаллу центрального процессора, просто эта отдельная микросхема устанавливается внутри корпуса (картриджа) процессора. Поэтому на системных платах для процессоров Pentium Pro или Pentium II нет никакого кэша.

В последних моделях процессоров Pentium III и Athlon кэш-память второго уровня является частью микросхемы процессора (подобно кэш-памяти первого уровня) и работает на более высоких частотах (на частоте процессора, половинной или трети). В процессорах Itanium для увеличения производительности используется три уровня кэш-памяти.

Место кэш-памяти и оперативной памяти в архитектуре системы на основе набора микросхем системной логики Intel 430TX и процессора Pentium MMX показано на рис. 6.1.

Описание архитектур систем на базе процессора Pentium III можно найти в главе 4, "Системные платы".

В табл. 6.1 приведены параметры кэш-памяти первого и второго уровней в современных компьютерах.

Первоначально кэш-память проектировалась как асинхронная, т. е. не была синхронизирована с шиной процессора и могла работать на другой тактовой частоте. При внедрении набора микросхем системной логики 430FX в начале 1995 года был разработан новый тип синхронной кэш-памяти. Она работает синхронно с шиной процессора, что повышает ее быстродействие и эффективность. В то же время был добавлен режим pipeline burst mode (конвейерный монопольный режим). Он позволил сократить время ожидания за счет уменьшения количества состояний ожидания после первой передачи данных. Использование одного из этих режимов подразумевает наличие другого. Оба режима позволяют повысить производительность компьютера на 20%.

Контроллер кэш-памяти для современной системы содержится в микросхеме North Bridge набора микросхем системной логики в PC на основе Pentium и более простых или на плате процессора, как в случае с Pentium Pro, Pentium II/III и более новыми системами. Возможности контроллера кэш-памяти предопределяют эффективность и возмож-

Клавиатура Мышь

о-о

До 266 МГц

Шина процессора 66 МГц

EDO SIMM (16 МГц) или

SDRAM DIMM (66 МГц)

Разъемы

ISA

Г~ COM 2

LPT 1

ROM

Flash BIOS

Рис. 6.1. Структурная схема компьютера на основе процессора Pentium MMX и набора микросхем Intel 430TX

ности кэш-памяти. Важная особенность состоит в том, что большинство контроллеров кэш-памяти имеют ограничение на объем кэшируемой памяти. Часто этот предел может быть очень низок, как в случае набора микросхем системной логики 430TX для компьютеров на основе Pentium. Этот набор микросхем может кэшировать данные только первых 64 Мбайт оперативной памяти системы. Если установлен больший объем памяти, работа компьютера значительно замедляется, потому что все данные вне первых 64 Мбайт никогда не попадут в кэш и при обращении к ним будут всегда необходимы все состояния ожидания, определяемые более медленной динамической оперативной памятью. Снижение эффективности зависит от программного обеспечения и от адресов,

to

bo

о

О

о

Чз

о

о

о

3

""вS

3.§

OSО

s°

оЧз

S*°

s

fNP

Чз о

о s

о О ч

Ё к- к- Ё

4

1

> > ЕЕ а а

> >

а а

OS OS

4 4 О О

о о

о о

~J 4 U) U) о о ООО

so

4 4

О о о о

~J 4 U) U) о о ООО

к> к> к> 2 2

тз a

о

a тз о а

о

о тз р

о

4 4 О О

о о

~J 4

u> о о о

ЬО 00

ЬО t-h ЬО ЬО OS Ю

a

о

a тз о а

о

4 н- н-

О О U) О О U)

OS о OS о

1-11-11-OS О О О OS ООО

Тип центрального процессора

Тактовая частота центрального процессора, МГц

Быстродействие кэш-памяти первого уровня, нс (МГц)

Объем кэш-памяти первого уровня, Кбайт

Расположение кэш-памяти второго уровня

Отношение частот ядра процессора/ кэш-памяти второго уровня

Быстродействие кэш-памяти второго уровня, нс (МГц)

Объем кэш-памяти второго уровня, Кбайт

Быстродействие системной платы, МГц

-

S

в

а

а

о тз о

тз о а а о ас