Программная модель кэш-памяти

Описанной в разделе 8.1 программно модели учебной ЭВМ может быть подключена программная модель кэш-памяти, структура которой в общем виде отображена на рис. 5.2. Конкретная реализация кэш-памяти в описываемой программной модели показана на рис. 8.15.

Кэш-память содержит N-ячеек (в модели N может выбираться из множества {4,8,13,32}), каждое из которых включает трехразрядное поле тега (адреса ОЗУ), шестиразрядное поле данных и три однобитных признака (флага):

Z – признак занятости ячейки;

U – признак использования;

W – признак записи в ячейку;

Таким образом, каждая ячейка кэш-памяти может дублировать одну любую ячейку ОЗУ, причем отмечается ее занятость (в начале работы модели все ячейки кэш-памяти свободны, Zi =0), факт записи информации в ячейку во время перерабатывания ее в кэш-памяти, а также использование ячейки (т.е. любое обращение к ней)

Текущее состояние кэш памяти отображается на экране в отдельном окне в форме таблицы, причем количество строк соответствует выбранному числу ячеек кэш. Столбцы таблицы определяют содержимое полей ячеек, например, так, как показано в табл. 8.3.

Таблица 8.3. Пример текущего состояния кэш-памяти

Для настройки параметров кэш-памяти можно воспользоваться диалоговым окном Кэш-память, вызываемым командой Вид|Кэш-память, а затем нажать первую кнопку на панели инструментов открытого окна. После этих действий появится диалоговое окно Параметры кэш-памяти, позволяющее выбрать рамер кэш-памяти, способ записи в нее информации и алгоритм замещения ячеек.

Напомним, что при сквозной записи при кэш-попадании в процессорных циклах записи осуществляется запись как в ячейку кэш-памяти, так и в ячейку ОЗУ, а при обратной записи – только в ячейку кэш-памяти, причем эта ячейка отмечается битом записи (Wi:=1). При отчистке ячеек, отмеченных битом записи, необходимо перезаписать измененное значение ноля данных b соответствующую ячейку ОЗУ.

При кэш-промахе следует поместить в кэш-память адресуемую процессором ячейку. При наличии свободных ячеек кэш-памяти требуемое слово помещается в одну из них (в порядке очереди). При отсутствии свободных ячеек следует отыскать ячейку кэш-памяти, содержимое которой можно удалить, записав на его место требуемые данные (команду). Поиск такой ячейки осуществляется с использованием алгоритма замещения строк.

В модели реализованы три различных алгоритма замещения строк:

*Случайное замещение, при реализации которого номер ячейки кэш-памяти выбирается случайным образом.

*очередь, при которой выбор замещаемой ячейки определяется временем пребывания ее в кэш-памяти.

*бит использования, случайный выбор осуществляется только из тех ячеек, которые имеют нулевое значение флага использования.

Напомним, что бит спользования устанавливается в 1 при любом обращении к ячейке, однако, как только все биты U1 установятся в 1, все они тут же сбрасываются в 0, так что в кэш всегда ячейки разбиты на два непересекающихся подмножества по значению бита U- те, обращения к которым состоялось относительно недавно (после последнего сброса вектора U) имеют значение U= 1, иные – со значением U = 0 являются «кандидатами на удаление» при использовании алгоритма замещения «бит использования».

Если в параметрах кэш-памяти установлен флаг «с учетом бита записи», то все три алгоритма замещения осуществляют поиск «кандидата на удаление» прежде всего среди тех ячеек, признак записи которых не установлен, а при отсутствии таких ячеек (что крайне маловероятно) – среди всех ячеек кэш памяти. При снятом флаге «с учетом бита записи» поиск осуществляется по всем ячейкам кэш-памяти без учета значения W.

Оценка эффективности работы системы с кэш-памятью определяется числом кэш-попаданий по отношению к общему числу обращений к памяти. Учитывая разницу в алгоритмах записи в режимах сквозной и обратной записи, эффективность использования кэш-памяти вычисляется по следующим выражениям (соответственно для сквозной и обратной записи):

(8.2)

(8.3)

Где:

К – коэффициент эффективности работы кэш-памяти;

- общее число обращений к памяти;

- число кэш-попаданий;

– число сквозных записей при кэш-попадании (в режиме сквозной записи);

– число обратных записей (в режиме обратной записи)

Поиск по сайту: