Tutorial Cap01 - PROCESSORE 80x86 5/14 - Giobe®2000 - Assembler - Assembly - Microprocessori CPU istruzioni 8086 80x86

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Il Processore e il Debugger

PROCESSORE 80x86 5/14 [16 di 60]

Aggiornato 12 dicembre 2003

La Memoria Cache

Anche la memoria cache (=ripostiglio) presente su un computer può costituire un elemento di scelta, consapevoli che nessun computer pu�, oggi, farne a meno.
Il problema nasce dal fatto che, sebbene il processore abbia velocit� di elaborazione galattiche (dell'ordine del GHz, quella di clock), la memoria di sistema lavora con velocità decisamente inferiore, quella del bus (attualmente, anno 2002, 233MHz .. tendenti ai 533MHz).

Quando la veloce CPU è chiamata ad elaborare dati è, quindi, costretta ad aspettare che questi arrivino, con comodo..., dai suoi lenti bus e dalla sua lenta memoria esterna di sistema; in questo modo le prestazioni complessive degradano inevitabilmente..
Per questo è stata inventata la cache memory, che trova posto tra il primo e la seconda; si tratta di una memoria di piccole dimensioni ma particolarmente veloce; la sua velocità può variare infatti da quella di clock (se di primo livello) a valori comunque superiori a quella del bus.

Il trucco consiste nel pre-caricare in cache il maggior numero possibile di istruzioni (o meglio, di codici operativi e di bytes di dato) che il processore prevede di eseguire in una determinata sessione di lavoro; non appena la CPU tenta di comunicare con la sua memoria esterna i dati richiesti (e una buona parte di quelli vicini ad essi) sono trasferiti nella cache.
In questo modo, almeno nell'immediato e con sufficiente probabilit�, la CPU trover� in essa anche i dati necessari in seguito, senza dover attendere troppo.

Naturalmente prima o poi capiterà che il dato o il codice operativo (dopo un salto o una chiamata di procedura) richiesti non siano nella cache: in questo caso la CPU sar� comunque costretta ad accedere normalmente alla lenta Ram di sistema posta sul bus.

Una delle ragioni della diversa velocit� dei 2 tipi di memoria � di tipo tecnologico:
- la cache memory � fatta con circuiti elementari a transistor bipolari ed � nota come SRAM (RAM Statica); per questo � molto veloce (meno di 2ns, pi� di 500MHz) ma relativamente piccola (il valore tipico � di 256kBytes�512kBytes, fino ad un massimo di 2MBytes) e pi� costosa.
- la memoria centrale di sistema � la Ram per antonomasia, molto semplice dal punto di vista costruttivo; � nota come DRAM (RAM Dinamica) e, di solito, presente in grande quantit� (32MBytes, 64MBytes, 128MBytes e via raddoppiando..) e soggetta alla velocit� del bus (alcuni esempi: 15ns/66MHz, 10ns/100MHz, 7.5ns/133MHz, 3.75ns/233MHz).

Fin dalle prime architetture � stata prevista la presenza di cache tra CPU e memoria, direttamente sulla scheda madre e, data la grande efficienza di questo meccanismo, ben presto si � pensato di introdurre parte di essa addirittura dentro il processore; per velocizzare lo scambio di dati tra memoria e processore sono oggi disponibili:
- la cache di 1� livello, non grandissima (da 8kBytes fino a 64kBytes) ma funzionante con la stessa velocit� (clock) del processore che la ospita.
- la cache di 2� livello, posta la cache di 1� livello (dentro la CPU) e la relativamente lenta RAM esterna; la sua dimensione tipica � di 256kBytes e, sebbene all'inizio come detto fosse allocata sulla scheda madre, nei moderni processori � loro parte integrante (come la cache di 1� livello); in questo caso la sua velocit� pari a quella del processore (clock) e, comunque, sar� superiore a quella del bus, a seconda del tipo di architettura.

La presenza della Cache Memory rende molto pi� rapida l'esecuzione dei programmi, dato che la CPU trova con buona probabilit� i bytes che gli servono direttamente dentro se stessa (Cache di 1� livello) e nelle sue immediate vicinanze (Cache di 2� livello), senza essere costretta a perdere tempo per indirizzare ed aspettare risposta dalla lenta Ram convenzionale esterna.

Vale la pena ricordare che l'aumento della cache produce aumento di prestazioni, anche se non direttamente proporzionale e comunque subordinato al caso (per altro piuttosto probabile) di contenere dentro di s� i dati necessari alla CPU.
Poich� i suoi costi sono intrinsecamente elevati, la tendenza dei produttori � quella, piuttosto, di rendere le frequenze del bus (e delle memorie DRAM convenzionali) sempre pi� simili a quella di clock.

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