« Fonctionnement d'un ordinateur/Les mémoires cache » : différence entre les versions
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|[[File:Cache tagué physiquement.png|vignette|Cache tagué physiquement.]]
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===Le fonctionnement du cache, vu du processeur===
Vu du processeur, le cache prend en entrée toutes les informations nécessaires pour effectuer un accès mémoire : des signaux de commande, une adresse et la donnée à écrire si besoin. Tout cela est passé en entrée du cache, celui-ci répondant aux accès mémoire via divers bits de contrôles, que le processeur peut lire à souhait. Le cache fournit aussi la donnée à lire, pour les lectures, sur une sortie, connectée directement au bus mémoire/processeur. Globalement, le cache a une capacité limitée, mais il prend en entrée des adresses complètes. Par exemple, sur un processeur 64 bits, le cache prend en entrée des adresses de 64 bits (sauf si optimisations), même si le cache en question ne fait que quelques mébioctets.
Les données présentes dans le cache sont (pré)chargées depuis la mémoire, ce qui fait que toute donnée dans le cache est la copie d'une donnée en mémoire RAM. Le cache doit faire la correspondance entre une donnée du cache et l'adresse mémoire correspondante. Du point de vue du fonctionnement, on peut voir le cache comme une sorte de table de correspondance, qui mémorise des données, chacune étant associée à son adresse mémoire. Le cache contient donc des paires adresse-ligne de cache qui lui permettent de faire le lien entre ligne de cache et adresse. Ceal vaut du point de vue du processeur, le fonctionnement interne du cache étant quelque peu différent selon le cache. Il existe des caches dont le fonctionnement interne est bien celui d'une table de correspondance matérielle, d'autres qui sont beaucoup plus optimisés.
[[File:Fonctionnement d'une mémoire associative à correspondance.png|centre|vignette|upright=2|Fonctionnement simplifié d'une mémoire cache : les
==Les lignes de cache et leurs tags==
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En général, on ne mémorise pas la totalité de l'adresse, ce qui serait inutile. Du fait de l'alignement des lignes de cache en mémoire RAM, certains bits de poids faible de l'adresse ne sont pas à prendre en compte pour l'association adresse-ligne de cache. Dans ces conditions, on mémorise seulement la partie utile de l'adresse mémoire correspondante, qui forme ce qu'on appelle le '''tag'''. Le cache est donc une grande table de correspondance entre tags et lignes de cache. Lors d'un accès mémoire, le cache extrait le tag de l'adresse à lire ou écrire, et compare celui-ci avec les tags de chaque ligne de cache. Si une ligne contient ce tag, alors c'est que cette ligne correspond à l'adresse, et c'est un défaut de cache sinon.
▲[[File:Fonctionnement d'une mémoire associative à correspondance.png|centre|vignette|upright=2|Fonctionnement d'une mémoire cache : les tags sont dans la colonne de gauche, les données des lignes de cache sont dans la colonne de droite. On voit qu'on envoie le tag au cache, que celui-ci répond en renvoyant la donnée associée.]]
Le reste de l'adresse indique quelle est la position de la donnée dans la ligne de cache. Par exemple, prenons le cas où le processeur gère des nombres entiers de 64 bits (8 octets) et des lignes de cache de 128 octets : chaque ligne de cache contient donc 16 entiers. Si le processeur veut lire ou écrire un entier bien précis, il doit préciser sa place dans la ligne de cache. Et ce sont les bits de l'adresse mémoire non-inclus dans le cache qui permettent de faire ça. En clair, une adresse mémoire à lire/écrire est interprété par le cache comme la concaténation d'un tag et de la position de la donnée dans la ligne de cache correspondante.
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