Организация кэш-памяти. Структура микропроцессорной системы с основной и кэш-памятью. Параметры кэш-памяти.

В качестве элементной базы основной памяти в большинстве ВМ служат микросхемы динамических ОЗУ, на порядок уступающие по быстродействию центральному процессору. Когда ЦП пытается прочитать слово из основной памяти, сначала осуществляется поиск копии этого слова в кэше. Если такая копия существует, обращение к ОП не производится, а в ЦП передается слово, извлеченное из кэш-памяти.

Рисунок 16 – Структура системы с основной и кэш-памятью

Эффективность применения кэш-памяти в иерархической системе памяти зависит от следующих параметров:

- емкость кэш-памяти;

- размер строки;

- способ отображения основной памяти на кэш-память;

- алгоритм замещения информации в заполненной кэш-памяти;

- алгоритм согласования содержимого основной и кэш-памяти;

- число уровней кэш-памяти.

16 Способы отображения основной памяти на кэш-память: прямое, полностью ассоциативное, частично-ассоциативное отображение. Структурные схемы, сравнительная характеристика.

Сущность отображения блока основной памяти на кэш-память состоит в копировании этого блока в какую-то строку кэш-памяти, после чего все обращения к блоку основной памяти должны переадресовываться на соответствующую строку кэш-памяти. При прямом отображенииадрес строки iкэш-памяти, на которую может быть отображен блок из ОП, однозначно определяется выражением: i =j mod m, где m — общее число строк в кэш-памяти. В нашем примереi =j mod 128, где i может принимать значения от 0 до 127, а адрес блока j — от 0 до 16 383. Иными словами, на строку кэша с номером i отображается каждый 128-й блок ОП, если отсчет начинать с блока, номер которого равен i. Это поясняется.Прямое отображение — простой и недорогой в реализации способ отображения. Основной его недостаток — жесткое закрепление за определенными блоками ОП одной строки в кэше.Полностью ассоциативное отображениепозволяет преодолеть недостаток прямого, разрешая загрузку любого блока ОП в любую строку кэш-памяти. Логика управления кэш-памяти выделяет в адресе ОП два поля: поле тега и поле слова. Ассоциативное отображение обеспечивает гибкость при выборе строки для вновь записываемого блока. Принципиальный недостаток этого способа — необходимость использования дорогостоящей ассоциативной памяти.Множественно-ассоциативное отображениеотносится к группе методов частично-ассоциативного отображения. Оно является одним из возможных компромиссов сочетающим достоинства прямого и ассоциативного способов отображения и, в известной мере, свободным от их недостатков. Кэш-память (как тегов, так и данных) разбивается на v подмножеств (в дальнейшем будем называть такие подмножества модулями), каждое из которых содержит k строк (принято говорить, что модуль имеет k входов). Следует отметить, что именно этот способ отображения наиболее широко paпространен в современных микропроцессорах.