Кэш-память с прямым отображением (одновходовый ассоциативный кэш)

Типы кэш-памяти

Выполнил:

Студент группы АУЦ-11

Чалов М.А.

Проверил:

Преподаватель:

Попов Д.А.

Пермь 2013г.

Функционально кэш-память предназначена для согласования скорости работы сравнительно медленных устройств, таких, на­пример, как динамическая память, с относительно быстрым мик­ропроцессором. Дело в том, что работа большинства элементов, на которых построен процессор, во многом похожа на работу ячеек статической памяти — триггеров. Поэтому их быстродей­ствие существенно выше, нежели элементов динамической па­мяти. Использование кэш-памяти позволяет избежать циклов ожидания в его работе, которые снижают производительность всей системы.

Пространство памяти отображения данных в кэше разбивается на строки - блоки фиксированной длины (например, 32, 64 или 128 байт). Каждая строка кэша может содержать непрерывный выровненный блок байт из оперативной памяти. Какой именно блок оперативной памяти отображен на данную строку кэша, определяется тегом строки и алгоритмом отображения. По алгоритмам отображения оперативной памяти в кэш выделяют три типа кэш-памяти:

· Кэш-память с прямым отображением

· Полностью ассоциативный кэш

· Наборно-ассоциативная архитектура (множественный ассоциативный кэш)

Кэш-память с прямым отображением (одновходовый ассоциативный кэш)

В этом случае адрес памяти (номер блока) однозначно определяет строку кэша, в которую будет помещен данный блок. Физический адрес разбивается на три части: смещение в блоке (строке кэша), номер строки кэша и тег. Тот или иной блок будет всегда помещаться в строго определенную строку кэша, при необходимости заменяя собой хранящийся там другой блок. Когда ЦП обращается к кэшу за необходимым блоком, для определения удачного обращения или кэш-промаха достаточно проверить тег лишь одной строки.

Очевидными преимуществами данного алгоритма являются простота и дешевизна реализации. К недостаткам следует отнести низкую эффективность такого кэша из-за вероятных частых перезагрузок строк. Например, при обращении к каждой 64-й ячейке памяти в системе на рис.Кэш прямого отображения 8х8 для 10-битного адреса кэш-контроллер будет вынужден постоянно перегружать одну и ту же строку кэш-памяти, совершенно не задействовав остальные.

Рис.1 Кэш прямого отображения

Самой простой организацией обладает кэш-память с прямым отображением. В этом случае адрес памяти полностью определя­ет используемую строку кэша. Таким образом, один или несколько блоков оперативной памяти строго соответствуют одной строке кэша, однако поскольку занимать ее в одно и то же время может только один из них, то для каждой строки используется специ­альный признак — тег (tag). Допустим, что гипотетический микропроцессор использует 10-разрядный адрес, размер кэша составляет 8 строк, а длина каж­дой строки — 8 байт. В какой-то момент времени процессор хочет прочитать два байта информации, хранимой в оперативной памя­ти, с адреса 0010001100. Для кэш-памяти этот адрес подразделяет­ся на три части. В данном случае три младших разряда называются смещением (offset) и полностью определяют положение каждого из восьми байт в строке. Средние три разряда позволяют однозначно выбрать одну из восьми строк (line) кэша. Оставшиеся стар­шие разряды несут информацию о теге. И только в том случае, если тег строки кэша совпадает со значением, определяемым стар­шими разрядами адреса, байты информации считываются из кэш­памяти. В противном случае чтение должно идти из основной па­мяти или информация в строке должна быть заменена. Разумеет­ся, в случае ее замены меняется и значение ее тега.

Преимуществом реализации такого типа архитектуры являют­ся довольно низкие затраты, поскольку, по сути, требуется всего лишь одна операция сравнения (для тегов). Недостатки ее, впро­чем, также очевидны. Например, если два блока данных основ­ной памяти, используемые одинаково часто, претендуют на одну и ту же строку в кэше.

Поиск по сайту: