24527

Способы отображения оперативной памяти на кэш (случайное, детерминированное, комбинированное отображение)

Доклад

Информатика, кибернетика и программирование

Способы отображения оперативной памяти на кэш случайное детерминированное комбинированное отображение. Способы отображения основной памяти на КЭШ. Алгоритмы поиска и замещения данных в КЭШ непосредственно зависят от способа отображения основной памяти на КЭШпамять. При кэшировании данных из оперативной памяти широко используются две основные схемы отображения: случайное и детерминированное отображение.

Русский

2013-08-09

170.7 KB

26 чел.

Вопрос 32. Способы отображения оперативной памяти на кэш (случайное, детерминированное, комбинированное отображение).  

§ 5.4.3. Способы отображения основной памяти на КЭШ.

Алгоритмы поиска и замещения данных в КЭШ непосредственно зависят от способа отображения основной памяти на КЭШ-память.

При кэшировании данных из оперативной памяти широко используются две основные схемы отображения: случайное и детерминированное отображение.

При случайном отображении ячейка оперативной памяти может быть размещена в любом месте КЭШ-памяти. Чтобы можно было найти нужные данные в кэше, они помещаются туда вместе со своим адресом, т. е. тем адресом, который данные имеют в оперативной памяти. При запросе к оперативной памяти, выполняется поиск в КЭШ, критерием которого является адрес оперативной памяти из запроса. Простой перебор при поиске нужных данных в кэше оказывается непригодным из-за недопустимо больших временных затрат.

В КЭШ со случайным отображением используется ассоциативный поиск, при котором сравнение выполняется не последовательно с каждой записью кэша, а параллельно со всеми его записями (рис. 5.17). Признак, по которому выполняется сравнение, называется тегом (tag). В данном случае тегом является адрес данных в оперативной памяти.

Электронная реализация такой схемы приводит к удорожанию памяти, которая существенно возрастает с увеличением объема ЗУ. Поэтому ассоциативная память используется при реализации КЭШ небольшого объёма.

Вытеснение данных из КЭШ происходит, когда вся КЭШ-память заполнена. Выбор данных на выгрузку осуществляется среди всех записей КЭШ. Критерии выбора используются такие же, что и при замещении страниц: выгрузка данных к которым было меньше всего обращений или к которым дольше всего не было обращений.

Рис.5.17. Структура КЭШ со случайным отображением

При детерминированном отображении ячейка оперативной памяти всегда размещается в одном и том же месте КЭШ-памяти. В этом случае кэш-память разделена на строки, каждая из которых содержит определенное количество байт содержимого оперативной памяти и имеет свой номер.

Между номерами строк кэш-памяти и адресами оперативной памяти устанавливается соответствие «один ко многим»: одному номеру строки соответствует несколько (обычно достаточно много) адресов оперативной памяти.

В качестве отображающей функции может использоваться простое выделение нескольких разрядов из адреса оперативной памяти, которые интерпретируются как номер строки кэш-памяти (такое отображение называется прямым). Например, пусть в кэш-памяти может храниться 1024 записи (210=1024), то есть кэш имеет 1024 строки, пронумерованные от 0 до 1023. Тогда любой адрес оперативной памяти может быть отображен на адрес кэш-памяти простым отделением 10 двоичных разрядов (рис. 5.18).

Рис. 5.18. Структура КЭШ с прямым отображением

При поиске данных в кэше используется быстрый прямой доступ к записи по номеру строки, полученному путем обработки адреса оперативной памяти из запроса. Однако поскольку в найденной строке могут находиться данные из любой ячейки оперативной памяти, младшие разряды адреса которой совпадают с номером строки, необходимо выполнить дополнительную проверку. Для этих целей каждая строка кэш-памяти дополняется тегом, содержащим старшую часть адреса данных в оперативной памяти. При совпадении тега с соответствующей частью адреса из запроса констатируется кэш-попадание.

Если же произошел кэш-промах, то данные считываются из оперативной памяти и копируются в кэш. Если строка кэш-памяти, в которую должен быть скопирован элемент данных из оперативной памяти, содержит другие данные, то последние вытесняются из кэша.

Процесс замещения данных в кэш-памяти на основе прямого отображения существенно отличается от процесса замещения данных в кэш-памяти со случайным отображением. Во-первых, вытеснение данных происходит не только в случае отсутствия свободного места в кэше, во-вторых, никакого выбора данных на замещение не существует.

В современных процессорах используют комбинированный способ отображения оперативной памяти на кэш, называемый также ассоциативной памятью со множественным доступом (рис. 5.19). Это позволяет найти компромисс между сравнительно низкой стоимостью кэша с прямым отображением и интеллектуальностью алгоритмов замещения в кэше со случайным отображением. При смешанном подходе произвольный адрес оперативной памяти отображается не на один адрес кэш-памяти (как при прямом отображении) и не на любой адрес кэш-памяти (как при случайном отображении), а на некоторую группу адресов. Все группы пронумерованы аналогично строкам при прямом отображении.

Поиск в кэше осуществляется вначале по номеру группы, а затем в пределах группы путем ассоциативного просмотра всех записей в группе на предмет совпадения старших разрядов адресов оперативной памяти (тэга). При промахе данные копируются по любому свободному месту в группе. При отсутствии свободных мест вытесняется одна из записей в группе аналогично правилам выбора при замещении страниц: выгрузка данных к которым было меньше всего обращений или к которым дольше всего не было обращений. Таким образом, в данном способе комбинируется прямое отображение на группу и случайное отображение в пределах группы.

Рис. 5.19. Структура КЭШ с комбинированным отображением


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

1975. РЕГИОНАЛЬНЫЕ ВЫБОРЫ В РОССИИ. НА МАТЕРИАЛАХ ПСКОВСКОЙ ОБЛАСТИ. 1996-2004 гг. 1.16 MB
  Электоральные процессы в Псковской области на фоне ослабления центральной власти в Российской Федерации. Избирательные процессы в псковском регионе в период усиления центральной российской власти.
1976. Антропология советскости: философский анализ 1.16 MB
  Макросоциальная идентичность: сущность, содержание, типология. Содержание и механизмы социокультурной динамики советскости. Советская идентичность в современной социокультурной ситуации.
1977. ЭКОЛОГО-ФАУНИСТИЧЕСКАЯ И ЗООГЕОГРАФИЧЕСКАЯ ХАРАК- ТЕРИСТИКА МУХ-ЖУРЧАЛОК (DIPTERA, SYRPHIDAE) КАБАРДИНО-БАЛКАРИИ 1.16 MB
  КРАТКАЯ ИСТОРИЯ ИЗУЧЕНИЯ МУХ-ЖУРЧАЛОК РОССИИ И КАВКАЗА. ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ И ЛАНДШАФТНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЯ. ЭКОЛОГО-ФАУНИСТИЧЕСКАЯ И ЗООГЕОГРАФИ-ЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МУХ-ЖУРЧАЛОК КАБАРДИНО-БАЛКАРИИ.
1978. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ДИСЦИПЛИНАРНОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО ПРОСТРАНСТВА В ВУЗЕ И МЕТОДИКА ЕГО ОСВОЕНИЯ 1.16 MB
  Теоретические основы педагогического проектирования в образовании. Технология проектирования дисциплинарного образовавательного пространства в вузе и методики его освоения.
1979. Правовое регулирование коммерческой концессии в Российской Федерации 1.15 MB
  Коммерческая концессия: теоретический и исторический анализ. Правовое регулирование коммерческой концессии: становление и развитие. Договор коммерческой концессии: проблемы и противоречия законодательного регулирования.
1980. УПРАВЛЕНИЕ ИНВЕСТИЦИОННЫМ ПРОЦЕССОМ В РЕГИОНАЛЬНЫХ СИСТЕМАХ, ОРИЕНТИРОВАННЫХ НА ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РОСТ 1.15 MB
  Место категории инвестиционный процесс в экономической науке. Сравнительный анализ экономического аспекта инвестиционной привлекательности региона. Обоснование использования коэффициентов расширения для управления инвестиционным процессом в региональных системах, ориентированных на экономический рост. Методические подходы к использованию коэффициентов расширения для прогнозной оценки роста региональной экономической системы.
1981. ПЕДАГОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ КОММУНИКАТНОЙ КУЛЬТУРЫ СТУДЕНТОВ В ПРОЦЕССЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ ПОДГОТОВКИ В ВУЗЕ 1.15 MB
  Коммуникативная культура будущего специалиста и совокупность педагогических условий ее развития. Коммуникативная культура преподавателя и ее влияние на профессиональную подготовку студентов вуза. Педагогические условия формирования коммуникативной культуры студентов в учебном процессе вуза.
1982. КОРРЕКТИРОВКА ФОРМИРОВАНИЯ ИНФОРМАЦИОННОЙ КУЛЬТУРЫ ПРИ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ ПОДГОТОВКЕ ЭКОНОМИСТОВ В ВУЗАХ 1.15 MB
  Теоретические основы формирования информационной культуры при подготовке специалистов на экономических факультетах в вузах. Практическая реализация корректировки процесса формирования информационной культуры при подготовке специалистов на экономических факультетах в вузах. Особенности проведения педагогического эксперимента по корректировке формирования информационной культуры экономистов специальности 060400 Финансы и кредит
1983. ЕКОНОМІКА ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ 1.15 MB
  Поняття, види і особливості природокористування. Навколишнє природне середовище. Поняття і класифікація природних ресурсів, сутність і функції статистики навколишнього середовища.