Способы отображения основной памяти на кэш.
Существует два основных способа отображения : случайное и детерминированное.
Случайное . Элемент памяти находится в произвольном месте кэша. Элемент хранится вместе с адресом. Поиск ведется по адресу. Это сравнительно дорогой способ.
Детерминированный . Элемент памяти отображается всегда в одно и тоже место кэша. Строки кэша и элементы памяти соотносятся как “один ко многим”. Преобразование адреса элемента в номер строки кэша выполняется некоторой функцией. Этот способ более дешевый.
Случайное отображение
Недостаток этого способа в больших временных затратах на поиск нужного элемента.
Для преодоления недостатка применяется так называемый ассоциативный поиск, при котором сравнение выполняется параллельно со всеми записями кэша
Признак, по которому выполняется сравнение (например адрес) называется тегом (tag)
Электронная реализация удорожает память, поэтому используется в кэше небольшой емкости
Вытеснение старых данных происходит тогда, когда кэш будет заполнен
Рис.4 Ассоциативный поиск.
Детерминированное отображение
Ранее было сказано что при этом способе используется функция преобразования адреса памяти в адрес КЭШа. В качестве отображающей функции часто используется часть разрядов адреса из ОП. Такой способ часто называется прямым
Например, пусть кэш содержит 1024 (210) записей, тогда в адресе можно выделить 10 разрядов. Это и будет номер строки в КЭШе. Замещение в КЭШе происходит при совпадении адресов.
Рис.5 Детерминированное отображение.
Комбинированный способ
Этот способ представляет собой компромисс между низкой стоимостью кэша с прямым отображением и гибкостью более дорогого способа со случайным отображением. (Рис. 6)
Рис.6 Комбинированный способ отображения.
Назначенное ВАП – действительно необходимое процессу для работы. Его также называют образом процесса. Назначенное ВАП может превышать физический объем памяти. На этом основан механизм виртуальной памяти
ВАП и виртуальная память – это разные механизмы для ОС. ОС может поддерживать ВАП, но механизм виртуальной памяти может при этом отсутствовать. Например, в случае превышения физической памяти над ВАП любого процесса
Системная и пользовательская части ВАП (по 2 Гб каждая)
Рис.7. Виртуальные адресные пространства нескольких процессов.
Рис.8 Типы виртуальных адресных пространств.
Алгоритмы распределения памяти
Рис.9 Основные методы распределения памяти.
Алгоритмы распределения памяти без использования внешней памяти Распределение памяти фиксированными разделами
Рис.10 Основные способы распределения памяти фиксированными разделами.
Распределение памяти динамическими разделами
При использовании данного метода память в начальный момент времени считается свободной (за исключением памяти отведенной под ОС). Каждому процессу отводится вся необходимая память. Если ее не хватает, то процесс не создается. В произвольный момент времени память представляет собой случайную последовательность занятых и свободных участков.
Функции ОС:
Ведение таблиц свободных и занятых участков
Поиск участка
Загрузка и корректировка таблиц
После завершения процесса корректировка таблиц
Достоинство: большая гибкость, по сравнению с методом распределения фиксированными разделами. Недостаток – высокий уровень фрагментации