Алгоритм замещения информации заполненной кэш-памяти

Задача замещения возникает при обращении к слову отсутствующему в кэш при полном его заполнении.

Какую строку заместить	Реализация	Особенности
Любую	Например: счетчиком, который увеличивается на 1 при каждом обращении к строке, независимо от того, промах это или попадания.	Неэффективно, но просто.
Которая редко используется. LFU (по частоте обращений)	Каждой строке привязать счетчик попаданий, замещается строка с наименьшим значением этого счетчика.	Чуть лучше предыдущего
дольше всего находится в кэш. (FIFO)	Используется очередь FIFO, а элементами являются ссылки на строки кэш, удаляем первую в очереди, и помещаем в конец.
наиболее давно использовалась LRU	Существует два способа реализации. 1 очередь FIFO, но при каждом обращении к строке осуществляется перемещение ссылки на нее в конец очереди. 2 счетчик, который считает постоянно (через определенные интервалы времени), а обнуляется при обращении, замещается строка с наибольшим значением счетчика.	Наиболее эффективно и часто используемая.

Алгоритм согласования содержимого основной памяти и кэш-памяти.

Такая задача возникает в результате записи в основную память

согласование
Если центральный процессор записывает в основную память.		Если устройства ввода/вывода записывают данные в основную память (миную центральный процессор).
1) метод сквозной записи	2)метод обратной записи	Позволить доступ устройству ввода/вывода к основной памяти только через кэш	Автоматически изменять содержимое кэш при каждой записи в основную память
(1а) метод буферизированной сквозной записи.	(2а) метод флаговой обратной записи.

1) метод сквозной записи – сначала обновляется слово в основной записи, а затем его копия в кэш. Достоинства оригинал в основной памяти полностью соответствуют копии в кэш, те при замещении строки кэш, его не нужно рисовать в основную память. Недостаток низкая эффективность использования кэш при записи.

1а) (модифицированный 1)сначала обновляется кэш и дополнительно записываемая информация заносится в специальный буфер, а затем основная (но уже через буфер, освобождая центральный процессор). Достоинства повышается эффективность при записи. Недостатки аппаратные затраты и необходимость его своевременного опустошения.

2) Слово записывается только в кэш, но замещаемый блок необходимо предварительно переслать в соответствующее место в основной памяти.

2а) При записи центрального процессора в кэш, устанавливается 1 в специальный флаг для данной строки, пересылка из кэш в основную память осуществляется только при установленном флаге.

Организация кэш-памяти.

Кэш-память данных может быть реализована как на асинхронной, так и на синхронной статическом запоминающем устройстве.

Синхронные:

1 Конвейерно-пакетная

2 DDR (Double data row)

3 DDR II

3 QDR

5 QDR II

Для хранения тегов используется отдельная микросхема асинхронной памяти.

Для флаговой обратной записи для хранения признака используется либо отдельная микросхема, либо дополнительный бит.

Однотипные микросхемы организуются в банки памяти. Количество ИМС в банке должно соответствовать разрядности шины данных процессора.