Стратегии размещения (отображения)

Сущность отображения блока основной памяти на кэш-память состоит в копировании этого блока в какую-то строку кэш-памяти, после чего все обращения к блоку в ОП должны переадресовываться на соответствующую строку кэш-памяти.

Требования к способу отображения:

• обеспечивает быструю проверку кэш-памяти на наличие в ней копии блока основной памяти;

• обеспечивает быстрое преобразование адреса блока ОП в адрес строки кэша;

• реализует достижение первых двух требований наиболее экономными средствами.

Основная память имеет емкость 256К слов

Кэш-память имеет емкость 2К слова.

Для адресации ОП необходим 18-разрядный адрес (2¹⁸ =256К).

ОП разбивается на блоки по 16 слов в каждом, тогда блоков в ОП 16 384 = 2¹⁴ блоков.

18-разрядный адрес делят на две части: младшие 4 разряда определяют адрес слова в блоке, а старшие 14 — номер одного из 16 384 блоков.

Для адресации кэш-памяти требуется 11-разрядный адрес (2¹¹= 2К). Кэш-память разбита на строки такого же размера, что и блоки в ОП 128 = 2⁷ строк.

11-разрядный адрес кэш-памяти делят на две части: адрес слова в строке (4 младших разряда) и адрес строки (7 старших разрядов).

Для доступа к слову в блоке ОП или в строке кэш-памяти можно использовать младшие 4 разряда 18-разрядного адреса.

Известные варианты отображения основной памяти на кэш можно свести к трем видам:

Адрес строки i кэш-памяти однозначно определяется выражением: i =j mod m, где m — общее число строк в кэш-памяти.

В нашем примере i =j mod 128, где i может принимать значения от 0 до 127, а адрес блока j— от 0 до 16 383.

Местоположение блока в кэш определяется на основании его адреса в памяти.

Прямое отображение - простой и недорогой в реализации способ отображения. Основной его недостаток — жесткое закрепление за определенными блоками ОП одной строки в кэше.

Полностью ассоциативное отображение позволяет преодолеть недостаток прямо разрешая загрузку любого блока ОП в любую строку кэш-памяти.

Логика управления кэш-памяти выделяет в адресе ОП два поля: поле тега и поле слова.

Поле тега совпадает с адресом блока основной памяти.

Такое отображение обеспечивает гибкость при выборе строки для вновь записываемого блока.

Принципиальный недостаток этого способа - необходимость использования дорогостоящей ассоциативной памяти.

Множественно-ассоциативное отображение является одним из возможных компромиссов, сочетающим достоинства прямого и ассоциативного способов отображения и, в известной мере, свободным от их недостатков.

Кэш-память разбивается на v подмножеств, каждое из которых содержит к строк. Зависимость между модулем и блоками ОП такая же, как и при прямом отображении: на строки, входящие в модуль i, могут быть отображены только определенные блоки основной памяти, в соответствии с соотношением i =j mod v, где j — адрес блока ОП.

Размещение блоков по строкам модуля — произвольное, и для поиска нужной строки в пределах модуля используется ассоциативный принцип.

В предельных случаях, когда v=m,k= 1, множественно-ассоциативное отображение сводится к прямому, а при v = 1, к =m — к ассоциативному.

Следует отметить, что четырех-входовое множественно-ассоциативное отображение наиболее широко распространен в современных микропроцессорах