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

28 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

25168. Арістотель. «Метафізика»: вчення про сутність 22.5 KB
  Справді ми маємо на увазі одне й те ж коли говоримо людина і одна людина людина що існує і людина.
25169. Ідея поступу в філософії історії Просвітництва 24 KB
  Ідея поступу загальносвітоглядна ідея що відображає віру в прогрес і є символом європейської цивілізації. Активного розвитку в епоху Просвітництва набуває ідея розвитку. Ідея поступу розглядає історію як певний процес що прямує до досконалості. Також ідея поступу включає в себе ідею породження тобто кожна наступна стадія розглядається як результат попередньої.
25170. Поняття феномену у феноменологічній філософії 31 KB
  Поняття феномену у феноменологічній філософії Феномен від грецьк. У феноменології Гуссерля Ф. дається в принципово іншій феноменологічній установці. Після процедури феноменологічної редукції очищення змісту свідомості від натуралізму та психологізму цей зміст постає як інтенційна даність ноезоноематичних актів що конституюють змістовний результат пізнання.
25171. М.Фуко. “Слова і речі” 28 KB
  Підзаголовок Археологія гуманітарного знання. Археологія як протиставлення кумулятивістським концепціям для яких найважливішим є прогрес знання через накопичення спостережених фактів. В книзі Археологія знання доробив та помякшив розриви між епістемами за рахунок поняття дискурсивна практика.
25172. Роль соціальних інститутів в житті суспільства 25.5 KB
  Соціальні інститути бувають: Економічні поділ праці право приватної власності заробітна плата; Політичні держава армія суд партії Інститути шлюбу та сімї Виховні Соціальні інститути в системі культури.Дюркгейма вивів ряд базових соціальних характеристик якими повинні володіти соціальні інститути. Інститути сприймаються індивідами як зовнішня реальність. Інститути сприймаються індивідом як об'єктивна реальність.
25173. Поняття нації в сучасній соціальній філософії 25 KB
  Поняття нації в сучасній соціальній філософії. Але якщо говорити про сучасне розуміння нації то панує ряд таких тенденцій: Нації це явища модерної епохи Європоцентризм погляди дослідників завжди спрямовані на Європу пр розгляді цього поняття Нації це штучно створений феномен вони є продуктом процесу модернізації та створені для певних цілей. Нації це територіальні та політичні спільноти Вони завжди засновані на соціальній комунікації. Ентоні Сміт пропонує виокремлювати такі підходи до розуміння нації в сучасну епоху:...
25174. Критика соціальних теорій Гегеля і Маркса за працею К.Поппера “Відкрите суспільство та його вороги” 22.5 KB
  Найголовніший пункт критики ідея історичної закономірності розвитку людської спільноти. Поппер відкидає поняття закону історії і каже що історичні факти можна пояснити після того як вони відбулися але шукати в них закономірності немає сенсу. Закономірності вивчає соціологія історія ж аналізує окремі події. Він вважав хибною дихотомію природничонаукового та соціального знання через те що й там і там діє принцип фальсифікації заперечував існування обєктивних законів історії стверджував відсутність жорсткого детермінізму в природі і...
25175. К.Леві-Стросс – один з найвизначніших представників структуралізму 29.5 KB
  Подібні спроби вчинялися до нього Проппом при аналізі казки але саме ЛевіСтросс вкорінив інваріантні форми структуру не у емпіричній реальності а у самій людині в несвідомих структурах розуму. нова дисципліна яка виникає як результат обєднання ЛевіСтросом соціальної антропології і етнологічної дисципліни. Недоліки вчення ЛевіСтросса: поглинання свободи індивіда обєктивними закономірностями переоцінка ролі позасвідомого недооцінка ролі історії.
25176. Взаємовплив науки і філософії 27.5 KB
  Співвідношення філософії і науки можна показати на прикладі міркувань Патнема. тобто тут висловлюється думка сама про взаємовплив науки і філософії. Філософія створює для науки ціннісно нормативну сферу і в свою чергу беручи за цінності результати отримані наукою.