Ство строк в кэше
Пример: m=36, n=5, l=21, k=16, h=11.
Структура кэш с ассоциативной организацией типа 3D представлена на рис.12.
Если ассоциативный признак Р=Р’, то обращение осуществляется к выбранной по ‘да’ строке кэша. Выбор ячейки в строке осуществляется при помощи дешифратора DСВ (в примере В=1), т.е. по адресному принципу.
Если Р≠Р’, то производится замещение: адресуемый блок Р извлекается из ОП и переписывается в свободную или специально освобождённую строку кэша. Освобождение строки кэша осуществляется путём её переписи обратно в ОП по старому адресу Р.
Рис. 12. Структура кэш с ассоциативной организацией
Основной недостаток – большие затраты оборудования на селектор. Пример: m=26, n=5, l=21, k=16, h=11, Nсел=l*2h=21*211=42K (K=210) элементов сравнения.
В силу указанного недостатка кэш с чисто ассоциативной организацией обычно не применяется. С целью экономии оборудования используется более простая организация – кэш с наборно–ассоциативной организацией (архитектурой) (рис.13). В этом случае адрес А ячейки ОП делится на 3 поля: в третьем (старшем) поле G указывается номер группы строк (в нашем примере t=10). В группу объединяются две (четыре, ...) строки.
Экономия оборудования достигается за счёт того, что ассоциативный поиск остаётся только в группе из r строк (в примере r = 2). Выбор же группы строк осуществляется по адресному принципу при помощи дешифратора DСР. Таким образом, количество схем сравнения уменьшается до r, т.е. до количества строк в группе, а разрядность схем сравнения уменьшается до t . В результате затраты оборудования на ассоциативный поиск сокращаются до величины: Nасс = rt (пример: r=2, t=10, N=20).
Кроме того, сокращается длина ячеек поля АП до t разрядов, что также экономит оборудование. Правда, появляется дополнительный дешифратор DСР с количеством входов 2h’, где h’=h-log2r (в примере h’=h-1=10). Количество строк в группе определяется уровнем мультипрограммирования: r = M.
Рис.13
7. Организация стековых (магазинных) запоминающих устройств
ЗУ со стековой организацией широко используется при построении системы прерываний ЭВМ, а также при программировании алгоритмов, связанных с обработкой данных типа вектор, массив (переменных с индексами). Стековые ЗУ обеспечивают запись, чтение информации в соответствии с правилом: последним пришёл, первым вышел (LIFO). В них при обращении доступна только одна ячейка – т.н. вершина стека. При записи в стек слово сначала записывается в вершину стека, а затем проталкивается внутрь ЗУ и т.д. при записи очередных слов. При выполнении операции чтения слово сначала выталкивается в вершину стека, а затем подаётся на выходную шину ЗУ.
Технически такая память может быть реализована на основе сдвиговых регистров в количестве n – штук: количество сдвиговых регистров определяется разрядностью ячеек – n. Разрядность регистров сдвига определяется ёмкостью стека. Такая организация стека называется магазинной памятью (рис. 14). Одна из основных проблем магазинных ЗУ – переполнение стека, которое ведёт к потере информации, поэтому не допустимо. Следить за возможным переполнением должен сам программист.
Рис. 14. Структура магазинных ЗУ
Недостаток ЗУ магазинного типа – большие затраты оборудования и, следовательно, высокая удельная стоимость: сдвиговые регистры сложнее обычных.
Стековые ЗУ по этой причине (с целью экономии оборудования) обычно организуются другим способом: вместо сдвига информации в них используется подвижный указатель вершины стека (УС). Структура стекового ЗУ представлена на рис.15. Операция записи осуществляется по сигналу ЗП: 1) ЗП: [УС]:=ВХ; 2) УС:=УС+1, т.е. сначала производится запись слова в вершину стека (в ячейку, на которую указывает УС), а затем УС инкрементируется. Операция чтения реализуется по сигналу чтения ЧТ: 1) УС:=УС-1; 2) ВЫХ:= [УС].
Рис. 15.
Технически УС реализуется на основе реверсивного счетчика. Следует отметить, что запоминающая часть стековых ЗУ обычно располагается в адресном пространстве ОП:
часть ячеек ОП отводится под стек.