3.1.2. Механизм кэш-памяти с прямым отображением данных

Во всех механизмах кэш-памяти она представляет собой две сверхоперативные памя­ти (СОП): память отображения данных и память тегов. В случае кэш-памяти прямого ото­бражения данных память отображения имеет объем одной строки памяти. Размер ее ячейки достаточен для размещения одного блока.

Память значений тегов имеет тот же объем, что и память данных, а размер ее ячейки достаточен для представления в ней значения тега.

Из рис. 3.3 следует, что если блок ОП с адресом ТЮ скопирован в кэш-памяти прямого отображения, то в ячейке I СОП данных находится скопированный блок.

Рис. 3.3. Кэш-память прямого отображения данных

С учетом сказанного общий алгоритм использования кэш-памяти прямого отображения следующий. При обращении ЦП к памяти по адресу TIK вначале проверяется по Т и I присут­ствие блока, содержащего байт с этим адресом в кэш-памяти. Если копия блока в кэш­-памяти, то искомое данное с адресом TIK быстро читается или записывается в кэш-память (кэш-попадание). В случае кэш-промаха происходит обращение к ОП с параллельной запи­сью блока в ячейку I СОП данных и тега Т в ячейку СОП тегов. При этом предполагается, чтовелика вероятность последующих кэш-попаданий.

^:

3.1.3. Механизм кэш-памяти

С АССОЦИАТИВНЫМ ОТОБРАЖЕНИЕМ ДАННЫХ

Наряду с описанной в предыдущем разделе кэш-памятью прямого отображения дан­ных в МП системах применяется и кэш-память ассоциативного отображения данных. Такая кэш-память, как и в предыдущем случае, состоит из двух СОП: СОП данных и СОП тегов. Но обе эти памяти содержат по несколько «строк». Число строк кэш-памяти может быть разным в разных ЭВМ, но обычно кратно степени 2. Известны кэш-памяти на 2,4, 8 строк. Однако число строк отображения данных и число строк тегов обязательно равны, так что каждой строке данных однозначно соответствует определенная строка тегов.

Первая строка СОП данных однозначно соответствует первой строке СОП тегов, вто­рая - второй.

На рис. 3.4 приведен пример КЭШ-памяти с ассоциативным отображением данных. В примере скопированы блоки ОП с адресами L, 0, 0; Т2,11, 0; ...; Р, 12, 0; ...; Т1, 2~1, 0; РОО; ...;Т1,И,0;Т2,12,0;...;Ц2-1,0.

Обращение к ОП по адресу Т, I, К происходит следующим образом. Проверяется, нет ли блока TI в кэш-памяти. По ассоциативному признаку Т адреса обращения осуществляется ассоциативный поиск в СОП тегов в столбце с индексом I из адреса обращения.

Если значение Т совпадает с одним из значений, записанных в памяти тегов, то фикси­руется кэш-попадание и обращение реализуется через обращение к СОП данных кэш-па­мяти по значению I адреса обращения из соответствующей строки. В нашем примере - из первой или второй строки в зависимости от того, в какой строке совпали теги.

Копирование блока в кэш-память осуществляется путем записи блока и тега, ему со­ответствующего, в любую свободную строку; если таковой нет, то в соответствии с при­нятым алгоритмом обновления на место прежней копии записывается новый блок. Для управления перезаписью блоков используются различные алгоритмы, основанные на учете статистики кэш-попаданий за некоторый интервал наблюдения. При этом обычно в ячейку СОП тегов вводятся дополнительные разряды, учитывающие частоту кэш-попа­даний. Чем меньше кэш-попаданий, тем скорее последует перезапись блока.