Освобождение кэш

Ещё одна особенность стратегии связана с тем, что кэш-память очень быстро оказывается полностью заполненной (занятой). Фактически это состояние наступает практически мгновенно, поэтому очередной попытке дублирования ячеек ОП в кэше должен предшествовать обратный процесс - освобождения части кэша для записи новой информации путем её переписи в ОП, на прежнее место.

При возникновении промаха, контроллер кэш-памяти должен выбрать подлежащий замещению блок. Как правило для замещения блоков применяются две основных стратегии: случайная и LRU.

1. С целью обеспечения равномерного распределения, блоки-кандидаты выбираются случайно. В некоторых системах, чтобы получить воспроизводимое поведение, которое особенно полезно во время отладки аппаратуры, используют псевдослучайный алгоритм замещения. Достоинство заключается в том, что его проще реализовать в аппаратуре.

2. С целью уменьшения вероятности выбрасывания информации, которая скоро может потребоваться, все обращения к блокам фиксируются. Заменяется тот блок, который не использовался дольше всех (LRU - Least-Recently Used). Когда количество блоков в КЭШ увеличивается, алгоритм LRU становится все более дорогим и часто только приближенным.

4. Организация адресных (сверхоперативных) запоминающих устройств

Запоминающая часть ЗУ организована как линейная последовательность ячеек, обращение к каждой из которых обеспечивается схемой селекции, построенной на основе дешифратора адреса DСА, демультиплесора DMS и мультиплексора MS. Выбор ячейки при выполнении операции записи осуществляется дешифратором DСА и демультиплексором DMS, а при чтении - DСА и MS.

Простейшая структура ЗУ с адресной организацией представлена на рис. 6.

DMS

Рис.6. Структура ЗУ с адресной организацией

Такого рода ЗУ с адресной организацией принято называть ЗУ типа 2D, т.е. ЗУ с двумя измерениями (координатами): первая координата при обращении - адрес А, вторая - направление обмена - чтение или запись. Основой построения ЗУ типа 2D являются за-

на усили- поминающие элементы следующего вида

Рис. 7

теля записи

(выходов DMS, входов MS). В силу этого недостатка ЗУ типа 2D используются лишь в тех случаях, когда количество ячеек памяти невелико, что как раз и характерно для

(рис. 7):

Каждый ЗЭ адресуемой ячейки выбирается сигналом выбора от DСА. Основной недостаток ЗУ типа 2D - сложная схема селекции и, следовательно, большие затраты оборудования на её реализацию. Сложность селектора пропорциональна емкости ЗУ 2^m=E (пример: m=16, 2¹⁶=64K), т.е. пропорциональна количеству выходов DСА

РОН: m=3 (4, 5) обычно.

Как упростить схему селекции? Один из простейших способов - использование матричной (двумерной) организации запоминающей части ЗУ. В результате получаем структуру ЗУ типа 3D (трехмерную организацию), в которой ячейки ЗУ адресуются (выбираются) двумя параметрами: номером строки и номером столбца в матрице (рис. 8).

Пример: m=16, E=2¹⁶=64K ячеек, √E=2⁸=256.

Сложность селектора: 2⋅2^m/2 (в примере m=16, 2⋅2⁸=512),т.е. в 2⁷(128) раз меньше, чем для ЗУ типа 2D. В общем случае сложность селектора в 2^(m/2-1) раз меньше, чем в ЗУ типа 2D.

Здесь выбор ячейки (и ЗЭ) осуществляется двумя сигналами выбора, поступающими одновременно с дешифратора номера строки (DСА_ст) и дешифратора номера столбца (DСА_мл). Их совпадение выбирает адресуемый ЗЭ (рис.9).

В общем случае ЗУ с адресной организацией будем обозначать в виде, представленном на рис. 10.

записи

Рис. 10

Рис. 9