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

25 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

51135. Создать функцию пользователя y=sinh(x)+sin(x)-1 38.97 KB
  Создать функцию пользователя y=sinhxsinx1 вычислить значения в точке x0=31 и построить график функции в интервале [2;5] с шагом 01.2 График заданной функции Вывод: Создали функцию пользователя вычислили значение функции в точке x0=31 где у=10. Построили график функции при заданных интервалах рис.
51136. Расчёт коэффициентов ускорения при формировании программ ускоренных эквивалентных испытаний 46.13 KB
  Обоснование применения выбранного метода испытаний ГТУ. Расчет коэффициентов ускорения испытаний и времени испытаний. Обосновать применение выбранного метода испытаний ГТУ.
51137. Оценка эффективности системы эксплуатации турбинных установок 14.07 MB
  Расчет эффективности системы эксплуатации ГТУ. Исследования влияния параметров на эффективность системы ТО. Рассчитать эффективность системы ТО.
51139. Основы теории цепей. Методические указания 125.58 KB
  Сборку электрической цепи рекомендуется начинать с последовательно соединенных элементов и приборов а затем подключать параллельные ветви как самой электрической цепи так и приборов. Для участка цепи представленного на рис. Потенциалы точек могут быть определены относительно какойлибо точки цепи измерением с помощью вольтметра или расчетом если известны значения э. При расчете потенциалов точек необходимо учитывать что на участке цепи не содержащем э.
51140. ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ 916.65 KB
  Задание Получить у преподавателя указания и перечень объектов измерения. Результат каждого измерения должен сопровождаться оценкой его точности погрешности. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ Выбор метода измерения сопротивления и соответствующей измерительной аппаратуры зависит от значения измеряемого сопротивления требуемой точности и условий при которых производится измерение.
51141. ИЗМЕРЕНИЕ ЧАСТОТЫ, ПЕРИОДА И ФАЗЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ 1.76 MB
  Задание Измерить частоту периодического сигнала с помощью цифрового частотометра при различных положениях переключателя время измерения. Оценить погрешность результатов измерения. Оценить погрешность результатов измерения. Оценить погрешность результатов измерения.
51142. Косвенные однократные измерения 117.85 KB
  Недостатком этих измерений является возможность грубой ошибки промаха; многократное измерение – измерение физической величины одного и того же размера результат которого получен из нескольких следующих друг за другом измерений т. состоящее из ряда однократных измерений. Многократные измерения проводят с целью уменьшения влияния случайных факторов на результат измерений; б по характеру точности по условиям измерения: равноточные измерения – ряд измерений какойлибо величины выполненных одинаковыми по точности СИ в одних и тех же...