Прямое распределение
Если каждый блок основной памяти имеет только одно фиксированное место, на котором может поместиться в кэш, то такой кэш называется кэшем с прямым отображением.
Такая кэш-память состоит из памяти тегов и памяти данных. Вся оперативная память делится на фиксированные области, каждой из которых приписывается свой индекс, вводится нумерация ячеек внутри блоков - каждой ячейке внутри блока присваивается свой тэг. Тэги ячеек в соседних блоках могут совпадать.
При записи в кэш ищем ячейку, адрес которой совпадает с индексом записываемой информации. После этого в память тэгов и память данных записываем соответственно тэг и данные, в соответствии с адресом оперативной памяти.
Чтение из кэша Выбираем из переданного адреса индекс, и по этому индексу в теговой памяти находим предыдущее значение тэга. Далее, сравниваем предыдущее значение тэга с текущим значением, и если они совпадают, следовательно, информацию в соответствующей ячейки памяти данных можно считать достоверной. Иначе - ситуация кэш-промаха.
Рис4.Структура
кэш-памяти с прямым распределением
Недостатки: Все блоки с одинаковым индексом не могут находиться в кэше одновременно. В то время как операция чтения соседних ячеек памяти является довольно распространённой.
Полностью ассоциативное распределение
При записи в кэш-память. Выбираем любой "свободный" адрес памяти данных в кэш, переписываем по нему данные. Номер ячейки кэш, в которую были записаны данные, записываются в ассоциативную память данных (причём в качестве тэга будет записан адрес блока).
При чтении из кэш-памяти. В ассоциативной памяти просматриваем все записи и сравниваем тэги с текущим значением (путём полного перебора). Если найдена запись с искомым тэгом, считываем номер адреса кэша данных, где хранится искомая информация. Если запись не найдена, ситуация кэш-промаха. В случае кэш-попадания, по полученному адресу из памяти данных считываем искомые данные.
Недостатки: Ассоциативная память работает последовательно, поэтому ассоциативный кэш более медленный. Ассоциативная память должна содержать в себе дополнительную информацию об адресах кэш-памяти данных. Эти затраты делают ассоциативную кэш-память более дорогой.
Достоинства: Возможность одновременно держать в кэш-памяти соседние ячейки оперативной памяти
Частично ассоциативное распределение
Если некоторая строка основной памяти может располагаться на ограниченном множестве мест в кэш-памяти, это частично ассоциативное или множественно ассоциативное.
Адрес строки основной памяти разделяется на две части: b – тег и е – адрес группы. Адрес строки внутри кэш-памяти, разделяется на адрес группы и адрес строки внутри группы.
Массивы тегов и данных состоят из четырех банков данных, доступ к каждому из которых осуществляется параллельно одинаковыми адресами.
При записи в кэш-память строки, хранимой в ОП по адресу b, нужно выбрать группу с адресом е. Нет разницы, какая из 4строк в группе может быть выбрана. Для выбора группы используется метод прямого распределения, а для строки используется метод полностью ассоц распр.
При чтении из кэш-памяти. осуществляется обращение к массиву тегов по адресу е, выбирается группа из четырёх тегов (a, b, c, d), каждый из которых сравнивается со старшими 9 битами (b) адреса строки. На выходе сравнения формируется код совпадения (0100) Одновременно осуществляется обращение к массиву данных по адресу e.f и считывание (запись) из банка (в банк) V2 требуемой строки или слова. При пересылке новой строки в кэш-память удаляемая из нее строка выбирается из четырёх строк соответствующего набора (группы).