মেমোরি হায়ারার্কি ও ক্যাশ

Memory Hierarchy ও Cache Memory

গতি (Speed) ও প্রতি বিট খরচ অনুযায়ী মেমোরির ক্রম (দ্রুততম থেকে ধীরতম): CPU Registers → L1/L2/L3 Cache (SRAM) → Main Memory (DRAM) → SSD → Magnetic Disk (HDD)

• SRAM (Static RAM): Flip-flop দিয়ে তৈরি, রিফ্রেশ লাগে না, অত্যন্ত দ্রুত ও ব্যয়বহুল—Cache Memory হিসেবে ব্যবহৃত হয়।
• DRAM (Dynamic RAM): ক্যাপাসিটর দিয়ে তৈরি, চার্জ লিক করায় বারবার রিফ্রেশ করতে হয়—Main RAM হিসেবে ব্যবহৃত হয়।

Effective Memory Access Time (EMAT) সূত্র

যদি Cache Hit Ratio = h, Cache access time = Tc, এবং Main Memory access time = Tm হয়:

• Simultaneous / Look-aside access: EMAT = h × Tc + (1 − h) × Tm
• Hierarchical / Look-through access: EMAT = Tc + (1 − h) × Tm

উদাহরণ: Cache access time = 10 ns, Main memory access time = 100 ns, Hit ratio = 90% (0.9)।
Simultaneous EMAT = 0.9 * 10 + 0.1 * 100 = 9 + 10 = 19 ns।

Cache Mapping কৌশল

• Direct Mapping: মেমোরির ব্লক B সর্বদা ক্যাশের (B mod N) নম্বর লাইনে বসে। বাস্তবায়ন সহজ কিন্তু conflict miss বেশি।
• Fully Associative Mapping: যেকোনো মেমোরি ব্লক ক্যাশের যেকোনো লাইনে বসতে পারে। সবচেয়ে নমনীয় কিন্তু তুলনার হার্ডওয়্যার ব্যয়বহুল।
• k-way Set-Associative Mapping: দুটির সমন্বয়; ক্যাশকে কয়েকটি সেটে ভাগ করা হয় এবং প্রতিটি সেটে k-টি লাইন থাকে।

Intel 8086 মাইক্রোপ্রসেসর শর্টকাট

• 8086 একটি 16-bit মাইক্রোপ্রসেসর (16-bit data bus ও 16-bit রেজিস্টার), কিন্তু এর Address Bus 20-bit।
• তাই এটি সর্বোচ্চ 2^20 = 1 MB মেমোরি অ্যাড্রেস করতে পারে।
• 20-bit Physical Address সূত্র: Physical Address = Segment Register × 10H + Offset
• উদাহরণ: CS = 2000H এবং IP = 1234H হলে Physical Address = 20000H + 1234H = 21234H।