Организация КЭШ-памяти

 

       3 типа:

1. КЭШ с прямым отображением

2. ассоциативная КЭШ

3. наборно - ассоциативная КЭШ

 

1) Адрес полностью определяет используемую строку КЭШ с ОП.

 

Строка КЭШ минимальный блок данных, которыми обменивается КЭШ с ОП.

 

       При КЭШ-попадании считывание идет из КЭШ, иначе из ОП и соответственно строка КЭШ обнавляется.

       КЭШ + 8 строк х 8 байт + 64 байта

 

       Для примера десятиразрядный адрес.

           

       В этом методе адрес однозначно определяется номером строки КЭШ.

Если теги совпадают и V + 1, то чтение идет из КЭШ, если нет, то из ОП.

 

+ — малые аппаратные затраты (одна операция сравнения для тегов)

- — если 2 блока претендуют на одну строку КЭШ (в этом примере на одну строку претендуют 2 ⁴ ячеек, т.е. 16) и они одинаково часто используются

 

2) в полностью  ассоциативной КЭШ-памяти любой блок памяти может занимать любую строку КЭШа.

       Полный адрес памяти делится только на 2 части: тег и смещение.

           

      

+ — Отсутствие конфликтов адресов (любой адрес ОП может  занимать любую строку КЭШ).

- — большие аппаратные затраты для сравнения всех тегов.

 

3) наборно ассоциативная архитектура.

Несколько линий адреса образуют набор и сравнение тегов производится только для строк КЭШа, входящих в  набор.

 

 Двухвходовый наборно-ассоциативный КЭШ

           

       КЭШ может быть разделен для команд и данных, что позволяет оптимизировать отдельные кэши.

 

 

Пример реализации двухвходового наборно-ассоциативного

 КЭШ со сквозной записью

 

ШД процессора = 16 бит

ШД ОЗУ = 32 бит

 

 

 

Пока КЭШ пустая V = 0

 

Алгоритмы работы

МП выставил адрес и признак чтения

1.    Разряд А1 настраивает MS на подключение 16-разрядной ШД к одной из половин 32-разрядной ШД ОЗУ — КЭШ

 

2.    А2 — А       9 выбирает одну из 256 линий КЭШа и формирует сигнал на выходе КЭШ: Tag, D, D, V.

 

3.    Сравниваются ТЕГи и если есть совпадения формируется сигнал Hit (попадание) и на ШД поступают данные через MS.

 

4.    Если Hit = 0, то МП получает данные, а разряд S устанавливается в 0 или 1, указывая из какого блока было считывание (разряд активности).

 

5.    Если Hit = 0, то S не изменяется и схема управления считывает из ДОЗУ 32-разрядное слово по адресу A2 — A21, т.е. извлекается 2 слова: требуемое и рядом находящееся. Считанное слово записывается в КЭШ по адресу А2 — А9. Блок, в который будет записана информация, определяется битом S (если S = 0, то во второй, если S = 1, то в первый).В разряды поля Tag записываются А10 — А21. Затем бит S инвертируется, показывая обновление информации. Признак V устанавливается в 1, показывая заполненность строки. Требуемое 16-разрядное слово (определяется А1) считывается в МП (происходит считывание с одновременным созданием копии в КЭШ).