Распределение секторов

По данному методу основная память разбивается на секторы, состоящие из фиксированного числа строк, кэш-память также разбивается на секторы, состоящие из такого же числа строк. Рассмотрим случай, когда длина строки равна 16 словам, а сектор состоит из 16 строк. Структура кэш-памяти с распределением секторов представлена на рис. 4.8. В адресе основной памяти старшие 10 бит показывают номер сектора, следующие 4 бит — номер строки внутри сектора, а младшие 4 бит — адрес слова в строке.

По данному методу распределение секторов в основной памяти и секторов в кэш-памяти осуществляется полностью ассоциативно. Другими словами, каждый сектор в основной памяти может соответствовать любому сектору в кэш-памяти. Распределение строк в секторе одинаково для основной памяти и кэш-памяти. К каждой строке, хранимой в кэш-памяти, добавляется один бит информации, называемый битом достоверности (действительности); он показывает, совпадает или нет содержимое этой строки с содержимым строки в основной памяти, которая в данный момент анализируется на соответствие строки кэш-памяти.

Если слова, запрашиваемого центральным процессором при доступе, не существует в кэш-памяти, то сначала центральный процессор проверяет, был ли сектор, содержащий это слово, ранее помещён в кэш-память. Если он отсутствует, то один из секторов кэш-памяти заменяется на этот сектор. Если все сектора кэш-памяти используются, то выбирается один какой-нибудь сектор, и при необходимости только некоторые строки из этого сектора возвращаются в основную память, а этот сектор можно использовать дальше. Когда осуществляется доступ к этому сектору в кэш-памяти и строка, содержащая нужное слово, пересылается из основной памяти, то бит достоверности устанавливается до пересылки строки. Все биты достоверности других строк этого сектора сбрасываются.

Если сектор, содержащий слово, доступ к которому запрашивается, уже находится в кэш-памяти, то в том случае, когда бит достоверности строки, содержащий это слово, равен 0, этот бит устанавливается и строка пересылается из основной памяти в данную область кэш-памяти. В том случае, когда бит достоверности уже равен 1, данное слово можно считать из кэш-памяти.

4.3.3. Методы обновления строк основной памяти

В табл. 4.1 приведены условия сохранения и обновления информации в ячейках кэш-памяти и основной памяти.

Таблица 4.1

Условия сохранения и обновления информации

Режим работы	Наличие копии ячейки ОП в кэш-памяти	Информация
		В ячейке кэш-памяти	В ячейке основной памяти
Чтение	Копия есть Копии нет	Не изменяется Обновляется (создается копия)	Не изменяется Не изменяется
Сквозная запись	Копия есть Копии нет	Обновляется Не изменяется	Обновляется Обновляется
Обратная запись	Копия есть Копии нет	Обновляется Создается копия Обновляется	Не изменяется Не изменяется

Если процессор намерен получить информацию из некоторой ячейки основной памяти, а копия содержимого этой ячейки уже имеется в кэш-памяти (первая строка табл. 4.1.), то вместо оригинала считывается копия. Информация в кэш-памяти и основной памяти не изменяется. Если копии нет, то производится обращение к основной памяти. Полученная информация пересылается в процессор и попутно запоминается в кэш-памяти. Чтение информации в отсутствии копии отражено во второй строке таблицы. Информация в основной памяти не изменяется.

При записи существует несколько методов обновления старой информации. Эти методы называются стратегией обновления срок основной памяти. Если результат обновления строк кэш-памяти не возвращается в основную память, то содержимое основной памяти становится неадекватным вычислительному процессу. Чтобы избежать этого, предусмотрены методы обновления основной памяти, которые можно разделить на две большие группы: метод сквозной записи и метод обратной записи.