Организация кэш прямого отображения

Кэш прямого отображения (direct mapped) наиболее дешевый и простой по организации.
Область оперативной памяти разбивается на блоки. На такие же блоки разбивается кэш память. Количество блоков в кэш значительно меньше, чем количество блоков в ОЗУ. Каждый блок основной памяти имеет только одно фиксированное место, на котором он может появиться в кэш-памяти.
При записи данных в кэш каждый блок оперативной памяти может претендовать только на определенный блок кэш памяти. Например, на месте первого блока кэш памяти, состоящей из четырех блоков прямого отображения (рис. 1.), может размещаться первый блок ОЗУ, пятый, девятый и т.д. На место второго блока в кэш претендуют блоки 2-ой, 6-ой, 10-ый и т.д. Как видим, на одну и ту же область кэш претендует несколько блоков ОЗУ, что может привести к конфликтам.

Рис. 1. Кэш прямого отображения

Кроме того, даже если конфликты разрешаются схемой управления, то при последовательном обращении к блокам, претендующим на одно и то же место в кэш, происходит постоянная замена блоков и кэш память теряет смысл, т.к. не увеличивает скорость обмена данными между процессором и оперативной памятью.

Полностью ассоциативный кэш
Полностью ассоциативный кэш реализуется аппаратно. Поиск информации как и в ассоциативной памяти производится по ключевому слову. Особенность такой организации кэш в том, что любой блок оперативной памяти может занимать любое место в кэш памяти. Такой способ адресации не требует внешнего описания памяти. Информация о том, какой именно блок занимает данную строку, и каково состояние строки (действительная или пустая) называется тегом (tag) и хранится в связанной с данной строкой ячейке специальной памяти тегов (tag RAM). Поиск данных производится параллельно во всех блоках кэш. При операции записи или считывания контроллер кэш проверяет нет ли записи в кэш и фиксирует частоту обращения к каждому блоку кэш. Такая реализация требует больших аппаратных затрат. Для персональных компьютеров этот способ реализации кэш слишком дорог.