Notion de cache mémoire

Problème posé:
L’écart de performance entre le microprocesseur et la mémoire ne cesse de s’accroître. En effet, les composants mémoire bénéficient des mêmes progrès technologique que les microprocesseurs mais le décodage des adresses et la lecture/écriture d’une données sont des étapes difficiles à accélérer. Ainsi, le temps de cycle processeur décroît plus vite que le temps d’accès mémoire entraînant un goulot d’étranglement. La mémoire n'est plus en mesure de délivrer des informations aussi rapidement que le processeur est capable de les traiter. Il existe donc une latence d’accès entre ces deux organes.

Principe:
Depuis le début des années 80, une des solutions utilisées pour masquer cette latence est de disposer une mémoire très rapide entre le microprocesseur et la mémoire. Elle est appelée cache mémoire. On compense ainsi la faible vitesse relative de la mémoire en permettant au microprocesseur d’acquérir les données à sa vitesse propre. On la réalise à partir de cellule SRAM de taille réduite (à cause du coût). Sa capacité mémoire est donc très inférieure à celle de la mémoire principale et sa fonction est de stocker les informations les plus récentes ou les plus souvent utilisées
par le microprocesseur. Au départ cette mémoire était intégrée en dehors du microprocesseur mais elle fait maintenant partie intégrante du microprocesseur et se décline même sur plusieurs niveaux.
Le principe de cache est très simple : le microprocesseur n’a pas conscience de sa présence et lui envoie toutes ses requêtes comme s’il agissait de la mémoire principale :
- Soit la donnée ou l’instruction requise est présente dans le cache et elle est alors envoyée directement au microprocesseur. On parle de succès de cache. (a)
- soit la donnée ou l’instruction n’est pas dans le cache, et le contrôleur de cache envoie alors une requête à la mémoire principale. Une fois l’information récupérée, il la renvoie au microprocesseur tout en la stockant dans le cache. On parle de défaut de cache.(b)

a)

b)

Bien entendu, le cache mémoire n’apporte un gain de performance que dans le premier cas. Sa performance est donc entièrement liée à son taux de succès. Il est courant de rencontrer des taux de succès moyen de l’ordre de 80 à 90%.

Remarques :
1- Un cache utilisera une carte pour savoir quels sont les mots de la mémoire principale dont il possède une copie. Cette carte devra avoir une structure simple.
2- Il existe dans le système deux copies de la même information : l’originale dans la mémoire principale et la copie dans le cache. Si le microprocesseur modifie la donnée présente dans le cache, il faudra prévoir une mise à jour de la mémoire principale.
3- Lorsque le cache doit stocker une donnée, il est amené à en effacer une autre. Il existe donc un contrôleur permettant de savoir quand les données ont été utilisées pour la dernière fois. La plus ancienne non utilisée est alors remplacée par la nouvelle.
4- A noter que l’on peut reprendre le même principe pour les disques durs et CD/DVD.

C'est interessant, Thanks Mr Zakaria