---
tags:
  - служебное/в_процессе
pun: Я отказался от хлеба, и теперь все мои проблемы... Крошечные!
author: mrqiz
revised:
---
# Кэш-память

> **Кэш-память** - промежуточный буфер, предназначенный для хранения информации, которая будет запрошена с наибольшей вероятностью.

## Основные принципы организации кэша

- **Принцип временной локальности** - имеется высокая вероятность многократного обращения к конкретным данным в памяти в рамках короткого промежутка времени.
- **Принцип пространственной локальности** - имеется высокая вероятность обращения к нескольким рядом стоящим ячейкам памяти.

## Виды кэш-памяти и их принцип работы

### Полностью ассоциативная кэш-память (ПАКП)

Чтобы процессор мог прочитать данные из памяти - ему необходимо указать адрес из нескольких битов, в котором лежат эти данные. Для идентификации данных в ПАКП требуется взять 20 старших битов адреса.

У каждой ячейки памяти есть свой "тег" - часть адреса, которая говорит о том, какие данные лежат в строке. При запросе данных из памяти происходит сравнение 20 старших битов данных с тегами всех строк в кеше.

Собственно, есть понятия кэш-попадания и кэш-промаха. Первое говорит о том, что тег из адреса имеет совпадение с каким-то тегом из кэша, соответственно есть возможность получить данные из кэша (что будет быстрее, чем идти за ними в основную память). Кэш-промах же говорит о том, что таких данных в кэше нет и придется обратиться в память.

Минус ПАКП - необходимость использования большого количества тразнзисторов для сравнения адреса с тегами всех строк кэша.

### Ассоциативная по множеству кэш-память (АпМКП)

В АпМКП адрес делится на тег, индекс и смещение. Индекс указывает, на какой кэш-строке находятся данные. А смещение определяет, какой именно байт или элемент данных нужно извлечь из строки кэша.

> [!comment]- От билетера: схема АпМКП
> ![[Screenshot 2025-01-08 at 1.24.35 PM.png]]

### Кэш-память с прямым отображением

Также как и в АпМКП - адрес в памяти делится на тег, индекс и смещение.

Индекс указывает на конкретную строку кэша, где могут находиться данные. Процессор использует индекс, чтобы обратиться к определенной строке кэша и извлечь данные из нее. Затем из этой строки берется тег, который соответствует старшим разрядам адреса, и происходит сравнение с тегом входного адреса.

Если тег из адреса совпадает с тегом в строке кэша - мои поздравления, у вас кэш-попадание.

Недостаток прямого отображения - каждый блок данных может храниться только в одной определенной строке кэша, что увеличивает вероятность кэш-промахов, особенно если несколько блоков данных имеют одинаковый индекс.

> [!comment]- От билетера: схема прямого отображения
> ![[Screenshot 2025-01-08 at 1.23.40 PM.png]]