Chapitre 5 : Les mémoires caches
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Questions and Answers

Quel type de mémoire est utilisé pour améliorer la rapidité d'accès entre l'unité centrale et la mémoire centrale ?

  • ROM
  • Flash
  • SRAM (correct)
  • DRAM

Pourquoi la DRAM a-t-elle un temps d'accès plus élevé que la SRAM ?

  • Parce qu'elle nécessite une régénération périodique (correct)
  • Parce qu'elle est de type statique
  • Parce qu'elle est intégrée dans le processeur
  • Parce qu'elle a une capacité plus faible

Quel est le principal avantage de la mémoire cache ?

  • Sa capacité à stocker des programmes
  • Son coût élevé
  • Sa vitesse d'accès rapide (correct)
  • Sa grande capacité de stockage

Qu'est-ce qu'un 'cache hit' ?

<p>Lorsqu'une donnée est obtenue de la mémoire cache (C)</p> Signup and view all the answers

Quel est l'impact d'une grande différence de vitesse entre l'UC et la mémoire centrale ?

<p>Diminution des performances de l'appareil (B)</p> Signup and view all the answers

Quel principe est utilisé pour décider quelles données à stocker en mémoire cache ?

<p>Le principe de localité spatiale (A)</p> Signup and view all the answers

Quelle est la principale caractéristique des mémoires SRAM par rapport aux DRAM ?

<p>Elles ont un temps d'accès plus bas (D)</p> Signup and view all the answers

Lorsque l'UC effectue un accès à la mémoire centrale, quel est le résultat d'un 'cache miss' ?

<p>L'UC accède à la mémoire centrale pour récupérer les données (D)</p> Signup and view all the answers

Quel est l'impact de la loi de Moore sur la vitesse des processeurs?

<p>La vitesse des processeurs est multipliée par deux tous les 1,5 ans. (C)</p> Signup and view all the answers

Quel est le temps de cycle mémoire?

<p>La somme du temps d'accès et du temps d'attente entre deux opérations (D)</p> Signup and view all the answers

Quel dilemme est associé aux capacités mémoires et aux temps d'accès?

<p>Il faut des capacités mémoires plus grandes avec des temps d'accès plus courts. (D)</p> Signup and view all the answers

Qu'est-ce qui contribue à l'accélération des accès en mémoire?

<p>La hiérarchie mémoire et ses principes de localité. (C)</p> Signup and view all the answers

La localité temporelle fait référence à quoi?

<p>La répétition probable d'accès à une zone mémoire dans le temps. (C)</p> Signup and view all the answers

Quel est l'effet des petites capacités mémoires sur les temps d'accès?

<p>Elles impliquent des temps d'accès plus courts, donc de faibles coûts par bit. (D)</p> Signup and view all the answers

Qu'est-ce qui caractérise la hiérarchie mémoire?

<p>Elle consiste à utiliser plusieurs technologies mémoire différentes. (C)</p> Signup and view all the answers

Comment les mémoires cache augmentent-elles les performances?

<p>Grâce aux principes de localité temporelle et spatiale. (D)</p> Signup and view all the answers

Quel est l'avantage principal d'une cache purement associative ?

<p>Meilleures performances (B)</p> Signup and view all the answers

Quel est l'inconvénient majeur d'une cache purement associative ?

<p>Besoin d'un index plus complexe (B)</p> Signup and view all the answers

Dans une cache à accès direct, comment les adresses de la mémoire centrale sont-elles associées à celles de la mémoire cache ?

<p>Chaque adresse de MC correspond à une adresse unique en cache (A)</p> Signup and view all the answers

Pourquoi l'associativité complète n'est-elle utilisée que dans des mémoires cache de petite taille ?

<p>En raison de la complexité d'implémentation (C)</p> Signup and view all the answers

Quel rôle joue la table d'index dans une cache purement associative ?

<p>Elle permet la conversion d'adresse entre cache et mémoire centrale (A)</p> Signup and view all the answers

Quelles peuvent être les conséquences de l'utilisation d'une cache à accès direct ?

<p>Augmentation des défauts de cache conflictuels (A)</p> Signup and view all the answers

Comment les pages de mémoire centrale sont-elles organisées dans une cache à accès direct ?

<p>Chaque page a la même taille que la cache (C)</p> Signup and view all the answers

Quel est le rôle d'un contrôleur dans le système de gestion de la mémoire ?

<p>Effectuer la conversion d'adresses entre cache et mémoire centrale (C)</p> Signup and view all the answers

Quel est l'inconvénient majeur d'un système de cache qui accède directement à l'index basé sur les bits de poids faible ?

<p>Son manque de souplesse dans l'allocation (D)</p> Signup and view all the answers

Quel avantage la mémoire cache associative par bloc offre-t-elle par rapport à la méthode directe ?

<p>Flexibilité dans le rangement des mots (D)</p> Signup and view all the answers

Quel critère est déterminant avant de charger une nouvelle information en mémoire cache ?

<p>La taille du bloc à charger (C)</p> Signup and view all the answers

Quelle est la gamme typique de taille de ligne pour le transfert d'informations en cache ?

<p>2 à 64 octets (B)</p> Signup and view all the answers

Quel est un inconvénient d'avoir une ligne de taille importante lors du transfert d'informations ?

<p>Nécessite un chemin de taille supérieure au bus de données (C)</p> Signup and view all the answers

Avec la cache associative par bloc, combien de blocs en mémoire cache peuvent accueillir un même mot d'information ?

<p>N'importe quel bloc disponible (B)</p> Signup and view all the answers

Quelles sont les parties importantes de la gestion de la mémoire cache lors du remplacement d'informations ?

<p>La taille des blocs et la décision des mots à remplacer (C)</p> Signup and view all the answers

Quel aspect de la mémoire cache influence directement la performance en termes de vitesse ?

<p>La taille de ligne (D)</p> Signup and view all the answers

Quel est l'inconvénient principal du remplacement aléatoire dans la gestion de la mémoire?

<p>Il ne respecte pas le principe de proximité temporelle. (A), Il augmente la probabilité de remplacer des données utiles. (D)</p> Signup and view all the answers

Quelle méthode de remplacement utilise le principe de proximité temporelle?

<p>Remplacement LRU (D)</p> Signup and view all the answers

Quel est un avantage du système de remplacement LRU par rapport au remplacement aléatoire?

<p>Il réduit le risque d'éliminer des données bientôt nécessaires. (C)</p> Signup and view all the answers

Pourquoi la logique LRU devient-elle complexe avec l'augmentation de la taille du cache?

<p>Elle doit maintenir les informations de chaque bloc. (A)</p> Signup and view all the answers

Quelles sont les implications de la modification d'une donnée en cache sans mise à jour en mémoire centrale?

<p>Cela entraîne une incohérence des données. (D)</p> Signup and view all the answers

Quel est le principal problème lors de l'écriture d'une donnée en mémoire cache?

<p>Assurer l'intégrité des informations. (C)</p> Signup and view all the answers

Par rapport à la taille du cache, quel constat peut-on faire sur le remplacement aléatoire et LRU?

<p>Le taux de succès est identique pour les deux méthodes. (C)</p> Signup and view all the answers

Quelle méthode est clairement indiquée comme n'étant valable que pour le cache à placement direct?

<p>Remplacement direct (D)</p> Signup and view all the answers

Quel est l'avantage principal de l'écriture immédiate ?

<p>Assure la cohérence des données (D)</p> Signup and view all the answers

Quel inconvénient majeur est associé à l'écriture retardée ?

<p>Inefficacité avec plusieurs processeurs (B)</p> Signup and view all the answers

Comment fonctionne l'écriture différée ?

<p>Elle ne met à jour la mémoire centrale qu'à certains moments précis (C)</p> Signup and view all the answers

Quelle technologie est utilisée pour le cache de niveau L1 ?

<p>SRAM (A)</p> Signup and view all the answers

Quel est l'inconvénient principal de l'écriture différée ?

<p>Nécessité d'un indicateur par mot pour les mises à jour (A)</p> Signup and view all the answers

Comment la taille de la mémoire centrale affecte-t-elle les performances du calculateur ?

<p>Une plus grande taille améliore les performances en réduisant les erreurs (B)</p> Signup and view all the answers

Quelle caractéristique de la cache de niveau L2 la différencie de L1 ?

<p>Elle est de plus grande taille (B)</p> Signup and view all the answers

Quel est l'inconvénient majeur d'utiliser l'écriture immédiate en termes de performance ?

<p>Cela augmente le temps d'écriture global (C)</p> Signup and view all the answers

Flashcards

Temps d'accès/Latence

Temps nécessaire pour accéder à un mot mémoire (lecture ou écriture). Intervalle entre la demande et la disponibilité de la donnée.

Temps de cycle mémoire

Temps minimal entre deux accès mémoire successifs. Concerne la mémoire et le bus, pas le processeur.

Hiérarchie mémoire

Utilisation de plusieurs niveaux de mémoire avec des temps d'accès différents pour améliorer les performances.

Localité temporelle

Un accès à une zone mémoire sera probablement répété peu de temps après.

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Localité spatiale

L'accès à une donnée à une adresse va être suivi d'un accès à une adresse proche.

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Mémoire cache

Mémoire rapide stockant des données fréquemment utilisées pour accélérer les accès.

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Loi de Moore

La vitesse des processeurs double environ tous les 1,5 ans.

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Dilemme mémoire

Besoin de mémoires plus grandes et plus rapides, mais les mémoires plus rapides sont plus coûteuses.

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Cache hit

L'information recherchée se trouve dans la mémoire cache.

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Cache miss

L'information recherchée n'est pas dans la mémoire cache.

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Principe de localité spatiale

Les données proches dans la mémoire centrale sont souvent utilisées ensemble.

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DRAM

Mémoire à accès dynamique, grande capacité, mais lent.

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SRAM

Mémoire à accès statique, rapide, mais coûteuse.

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Mémoire centrale (MC)

Mémoire principale, contenant les données et les instructions du programme en cours.

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Problème vitesse UC-MC

La différence de vitesse importante entre le processeur et la mémoire centrale ralentit l'exécution des programmes.

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Contrôleur de mémoire

Composant qui gère la communication entre le processeur et la mémoire centrale, et le système de cache.

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Adresse physique

Adresse réelle utilisée par le processeur pour accéder à un mot mémoire, que ce soit en mémoire centrale ou en cache.

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Cache Purement associative

Type de cache où chaque mot mémoire peut être stocké à n'importe quelle adresse en cache, sans lien direct avec l'adresse centrale.

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Table d'index

Structure utilisée dans le cache Purement associative pour effectuer la conversion d'adresse entre la mémoire centrale et la cache.

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Cache à accès direct

Type de cache où la mémoire centrale est divisée en pages et chaque page correspond à un emplacement unique en cache.

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Défaut de cache conflictuel

Lorsque plusieurs mots en mémoire centrale doivent être stockés à la même adresse en cache.

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Index de cache

Une structure qui contient le numéro de bloc en mémoire centrale de chaque mot présent en cache.

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Associativité de cache

Le nombre de façons dont un mot mémoire peut être associé à un emplacement en cache. Trois techniques principales existent : Purement associative, à accès direct et associative par ensemble.

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Remplacement aléatoire

Remplace un bloc de mémoire cache de manière aléatoire. Simple à réaliser, mais risque de remplacer un bloc utile, ce qui peut entraîner des erreurs.

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Remplacement direct

Charge le mot dans l'emplacement réservé dans la mémoire cache, valable uniquement pour la cache à placement direct.

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Remplacement LRU (Least Recently Used)

Remplace le bloc qui n'a pas été utilisé depuis le plus longtemps. Utilise le principe de localité temporelle.

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Avantages du LRU

Réduit le risque d'éliminer une donnée qui sera bientôt nécessaire. Respecte la localité temporelle, contrairement au remplacement aléatoire.

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Inconvénients du LRU

La logique LRU doit suivre la date de la dernière utilisation de chaque bloc, ce qui devient complexe avec des caches volumineux.

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Différences LRU vs aléatoire

Peu de différence pour les taux de réussite du cache avec des caches volumineux. La technique aléatoire devient plus intéressante du fait de sa simplicité pour de grands caches.

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Problème d'écriture en mémoire cache

Une modification d'une donnée en cache peut créer une incohérence si la donnée en mémoire centrale n'est pas mise à jour.

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Solutions pour l'écriture en mémoire cache

Trois approches tentent de résoudre le problème d'incohérence lors de l'écriture en mémoire cache.

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Mémoire cache directe

Chaque mot de la mémoire centrale est associé à un emplacement précis dans la mémoire cache. Son emplacement est déterminé par les bits de poids faible de l'adresse, correspondant au déplacement du mot dans le bloc.

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Avantages et inconvénients de la mémoire cache directe

Avantages: Simple et facile à mettre en œuvre. Inconvénients: Peu flexible, car un conflit peut survenir si deux mots se retrouvent à la même position, entraînant un remplacement inutile d'un mot utile.

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Mémoire cache associative

Chaque mot de la mémoire centrale peut être stocké n'importe où dans la mémoire cache, mais uniquement à l'emplacement correspondant dans le bloc.

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Avantages et inconvénients de la mémoire associative

Avantages : Plus flexible et efficace pour gérer les conflits de mémoire cache. Inconvénients : Nécessite une logique de recherche plus complexe.

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Mémoire cache associative par bloc

Comprend des blocs de même taille que la mémoire centrale. Chaque mot de la mémoire centrale peut être stocké dans n'importe quel bloc de la mémoire cache, mais à l'emplacement qui respecte son positionnement initial dans le bloc.

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Quelle ligne remplacer ?

Lors de la mise à jour de la mémoire cache, le contrôleur doit choisir la ligne à remplacer. Plusieurs techniques existent pour optimiser ce choix et maximiser la performance.

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Techniques de remplacement de ligne

Plusieurs techniques existent pour choisir la ligne à remplacer, incluant les stratégies FIFO (First-In First-Out), LRU (Least Recently Used) et RFU (Random, mais avec certaines restrictions).

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Taille de ligne

Taille de la ligne de la mémoire cache, c'est-à-dire le nombre d'octets que le contrôleur peut transférer en un seul cycle de la mémoire centrale à la mémoire cache.

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Écriture immédiate

Met à jour simultanément la mémoire cache et la mémoire centrale. C'est la solution la plus simple, mais la plus lente.

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Écriture retardée

Utilise une zone tampon pour stocker les données en attente d'écriture en mémoire centrale. Plus rapide que l'écriture immédiate.

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Écriture différée

Écrit en mémoire centrale uniquement lorsque nécessaire, optimisant les performances. La plus efficace, mais la plus complexe.

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Cache interne

Située dans le microprocesseur, elle est divisée en deux niveaux : L1 (SRAM, rapide et petite) et L2 (DRAM, plus lente et plus grande).

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Cache externe

Située en dehors du microprocesseur (sur la carte mère), elle est appelée niveau L3, plus rapide que la mémoire centrale.

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Taille du cache

Plus la mémoire cache est grande, moins il y a de 'cache misses' et plus les performances sont bonnes.

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Study Notes

Chapitre 5 : Les mémoires caches (tampon)

  • Module : ARCH2 - 2CP - S1
  • Evolution des performances
    • La vitesse des processeurs augmente plus rapidement que celle des mémoires.
    • La loi de Moore indique que la vitesse du processeur double tous les 1,5 ans.
    • La vitesse d'accès aux données ne suit plus le rythme des processeurs.
    • Il existe des contraintes physiques limitant la taille des mémoires.
    • Il y a un écart important entre les performances des processeurs et des mémoires.
  • Introduction : Caractéristiques d'une mémoire
    • Temps d'accès/latence (Access time/latency): Temps nécessaire pour accéder à une donnée (lecture ou écriture). Intervalle de temps entre la demande et la disponibilité de la donnée.
    • Temps de cycle mémoire: Temps minimum entre deux accès successifs à la mémoire. Concerne les contraintes du bus et de la mémoire, et non le processeur.
  • Introduction
    • Comment les architectes d'ordinateurs ont-ils résolu cet écart de performances ?
  • Hiérarchie mémoire
    • Dilemme Besoin de plus grande capacité mémoire et de temps d'accès plus courts (ce qui est coûteux et réduit la taille des mémoires).
    • Solution Utiliser une hiérarchie de mémoires.
    • Principes d'accélération des accès
      • Localité temporelle: Accès à une zone de mémoire à un instant donné a de fortes chances de se répéter.
      • Localité spatiale: L'accès à une portion de la mémoire va probablement être suivi par l'accès à la zone proche.
    • Niveaux: Registres, Cache, Centrale, Secondaire
  • Principes des mémoires cache
    • Les mémoires DRAM offrent une grande capacité d'intégration, mais un temps d'accès élevé (~60 ns).
    • Les mémoires SRAM ont un temps d'accès rapide (~10 ns), mais sont coûteuses pour une capacité importante.
    • Les mémoires caches sont intermédiaires entre le processeur et la mémoire principale, pour réduire le temps d'accès.
  • Fonctionnement général
    • L'UC fournit l'adresse à la mémoire cache et à la mémoire principale.
    • Vérification dans la mémoire cache.
    • Si succès (cache hit), l'information est récupérée directement de la mémoire cache.
    • Si échec (cache miss), l'information est récupérée de la mémoire principale et mise en cache.
  • Organisation des mots en cache et MC
    • Méthode de calcul des adresses physiques.
    • Différents types d'associativité dans la mémoire cache (purement associative, associative par bloc, à accès direct).
  • Remplacement d'une information
    • Problèmes : Gestion du remplacement d'une information en cas d'écritures.
    • Solutions : Techniques de remplacement (aléatoire, direct, basé sur le dernier accès).
  • Écriture en mémoire cache
    • Problème: Inconsistance de données entre la mémoire cache et la mémoire principale lors des écritures.
    • Solutions : Écriture immédiate (write-through), écriture retardée (write-back).
  • Niveaux de cache
    • Cache interne (L1, L2)
    • Cache externe (L3)
    • Taille et technologie des caches.

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Chapitre 5 - Les Mémoires Caches (PDF)

Description

Ce quiz aborde les mémoires caches dans le contexte de l'évolution des performances des processeurs et des mémoires. Vous découvrirez les caractéristiques des mémoires, telles que le temps d'accès et les latences, ainsi que les défis auxquels font face les architectes d'ordinateurs. Testez vos connaissances sur ces concepts fondamentaux en informatique.

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