Alumno—

Luis Fernando Audeves Martínez.

ID—

203675

Asignación 7—

Elementos de diseño de cache en 3 procesadores, cache multinivel..

Fecha—

07 de octubre de 2019

Materia—

Sistemas Operativos.

Profesor—Mario Enrique Osuna Cuén.

Que es la Memoria Cache

Es una porción de memoria a la que accede el procesador antes de tener que salir “al mundo externo” y acceder a la RAM. Esta memoria hoy día está integrada en el mismo; antes y dependiendo de la arquitectura podía estar fuera también. El fin de la Memoria Cache es el almacenar instrucciones (de programas) que son generalmente invocadas por el software durante una operación, por tanto, el tener un acceso directo y rápido hace que la velocidad del programa de software se incremente de gran manera.

Los niveles de cache

La Memoria Cache es muy rápida y también muy costosa ya que utiliza más componentes que la memoria común y también es físicamente más grande. Esta es categorizada en niveles que describen que tan cercana está al microprocesador.

Procesador Intel Core I5 9600k 3.7 Ghz Six Core 9 Mb 115 /vc

Tamaño de la Caché :

9MB

Numero de caches:

La caché L3 alcanza los 19,25 MB.

Procesador AMD RYZEN 9 3900X 3.5ghz 8mb Cache Socket Am4

Tamaño de la Caché :

6MB

Numero de caches:

Memoria caché de 3 MB L1, 16 M L2, 64 M L3

Procesador Dell Intel Xeon Silver 4110, S-3647, 2.10GHz, 8-Core ,11MB L3 Cache

Tamaño de la Caché :

11 MB

Numero de caches:

L3

Memoria caché de 3 MB L1, 16 M L2, 64 M L3

Cache multi-nivel.

El uso de múltiples niveles de caché es parcialmente un mecanismo para coordinar procesadores multi-núcleo y parcialmente un compromiso entre precio y rendimiento.

En un procesador con múltiples núcleos, cada núcleo tiene su propio caché L1. Esto permite al núcleo leer y escribir desde y hacia la memoria caché sin preocuparse por interferir con otros núcleos. Los núcleos necesitan almacenamiento compartido, sin embargo, para que puedan intercambiar cierta información fácilmente. La caché L2 es compartida por todos los núcleos, por lo que se utiliza como una especie de espacio de almacenamiento común donde la información está disponible para todos los subprocesos.

La diferencia entre las cachés L2 y L3 es la parte de compromiso. Los cachés están hechos de RAM estática, o SRAM. Esto es diferente de la RAM dinámica (DRAM) que compone su memoria principal. RAM dinámica tiene que ser "refrescado" periódicamente, es decir, con el tiempo DRAM células pierden su valor a menos que se leen y luego volver a escribir. El controlador de memoria lo hace automáticamente, pero cada vez que el controlador de memoria tiene que hacer esto (miles de veces por segundo) no puede leer / escribir valores para el procesador hasta que se hace. Esto ralentiza DRAM. SRAM no tiene esta limitación, SRAM mantendrá su valor indefinidamente siempre y cuando tenga potencia operativa, lo que lo hace mucho más rápido. Por lo tanto, sus cachés (L2 y L3) están hechos de SRAM. El problema es que la SRAM es muy cara; Mientras que 4 GB de DRAM de alta velocidad es un poco caro pero asequible, 4 GB de SRAM es mucho más allá de su rango de precios.

Por lo tanto, cada vez que un fabricante de procesadores decide agregar más SRAM al diseño, obtiene perceptiblemente más costoso. SRAM viene en múltiples velocidades, y como es de esperar más rápido SRAM es más caro que SRAM más lento. Por lo tanto, el fabricante de su procesador ha tratado de optimizarlo tanto para la velocidad y el costo mediante el uso de una mayor velocidad SRAM y una SRAM de menor velocidad. El procesador se diseña de tal manera que pondrá los valores que más necesita en la caché más rápida (L2) y la información que necesita menos en una caché más lenta (L3). Al administrar cuidadosamente esta memoria en el microcódigo del procesador, esto crea un compromiso uniforme: hay más caché y parte del caché (esperemos que el caché que más necesita el procesador) es muy rápido.

Por lo tanto, para resumir, los procesadores tienen cachés de varios niveles con el fin de aumentar la capacidad de la memoria caché del procesador sin también aumentar drásticamente el precio del procesador. Esta mezcla cuidadosa permite procesadores que son más rápidos y más baratos.

Memoria Cache Nivel 1 (L1):

Esta memoria cache es extremadamente rápida pero relativamente pequeña y hoy día se encuentra integrada en el CPU (años atrás podía o no estar integrada en el CPU). Todas las instrucciones se buscan primero aquí, si no están presentes entonces se procede al siguiente nivel.

Memoria Cache Nivel 2 (L2):

Esta memoria cache es considerablemente más grande que L1 y también está dentro del CPU (años atrás no lo estaba). Si las instrucciones no fueron encontradas en el Nivel L1 entonces se buscan en este Nivel L2, este tipo de memoria no es tan rápida como la usada en L1 por tanto es de esperar un poco de latencia (demora).

Memoria Cache Nivel 3 (L3):

Este es un nivel de memoria especializada que ayuda a mejorar el rendimiento de los Niveles de Cache L1 y L2. Es mucho más lenta que la memoria L1 o L2, pero mucho más rápida que la memoria RAM del Sistema. En el caso de los Procesadores con muchos Cores, cada uno de ellos tiene su propio Cache L1 y Cache L2, pero, todos comparten el mismo Cache L3. Cuando una instrucción es buscada en L3 se eleva a un cache de un nivel más alto.