Полностью ассоциативный кэш

В полностью ассоциативной памяти любая строка ОП может на­ходиться в любой строке кэш-памяти и входить при этом в любые комбинации с другими строками.

К омбинационные схемы сравнения СС1-СС4 (рис. 3.7) одновре­менно анализируют все теги строк, находящихся в кэше в данный момент, и сравнивают их с адресом, поступившим с шины 3.7. Полностью ассоциативная кэш-память

адреса от процессора.

При кэш-попадании найденная строка считывается в шину дан­ных ШД.

При кэш-промахе происходит замещение строки в кэш-па­мяти на требуемую строку, находящуюся в ОП.

Преимущество данной памяти в высокой скорости считывания. Недостаток - сложность аппаратной реализации. Поэтому полностью ассоциативная кэш-память чаще всего используется в специализированных буферах, таких, как буфер адресов переходов, с небольшим объемом строк.

Множественно-ассоциативный кэш

Этот вид памяти является промежуточным между двумя выше­рассмотренными типами памяти. В нем сочетаются простота кэша с прямым отображением и скорость ассоциативного поиска.

Кэш-память делится на непересекающиеся подмножества строк.

Каждая строка основной памяти может попадать в любое место только одного подмножества кэша.

Для поиска подмножеств используется прямое отображение, а для поиска внутри подмножества используется полностью ассоциативный поиск.

Число строк в подмножестве кэша определяет число входов (портов) самого кэша.

Р

ассмотрим пример кэш-памяти с двумя подмножествами (рис. 3.8).

Если 2ⁿ строк кэша разбивается на 2^S непересекающихся подмно­жеств, то S младших разрядов оперативной памяти показывают, в ка­ком из подмножеств (индексов) должен вестись ассоциативный по­иск.

Старшие N-S разрядов адреса основной памяти являются тегами.

Для рисунка 3.8 имеем S=1.

Физический адрес 1011, выработанный процессором, разделяется на индекс 1, равный младшему разряду, и тег 101.

По индексу выби­рается второе подмножество строк в кэш-памяти, а затем происходит ассоциативный поиск среди тегов строк выбранного подмножества.

Найденная строка 11 с тегом 101 передается в шину данных ШД.

Ассо­циативный поиск производится одновременно по всем тегам с помо­щью комбинационных схем сравнения СС1 и СС2.

3.5.4 Дисковая кэш-память

Идея кэширования распространена и на другие устройства компьютера. В первую очередь это касается жестких дисков.

Возможны два варианта:

• операционная система использует часть оперативной памяти в качестве кэша дисковых операций для внешних устройств, не обладающих собственной кэш-памятью, в том числе жестких дисков, flash- памяти и гибких дисков;

• используется отдельная дисковая кэш-память объемом от 8 до 64 Мбайт.

Во втором случае контроллер дисковой кэш-памяти пересылает между ОП и винчестером файлы, содержащие сектора или дорожки диска.

Устройства чтения CD/DVD/BD-дисков также кэшируют прочитанную информацию для ускорения повторного обращения.

3Применение кэширования внешних накопителей обусловлено следующими факторами:

• скорость доступа процессора к оперативной памяти во много раз больше, чем к памяти внешних накопителей;

• некоторые блоки памяти внешних накопителей используются несколькими процессами одновременно, и имеет смысл прочи­тать блок один раз, а затем хранить его копию блока в оператив­ной памяти для всех процессов.

Дисковая кэш-память использует ассоциативный принцип поиска данных, а также обнаружение тройных и исправление двойных ошибок.