Файл: Программа для эвм это упорядоченная последовательность команд, подлежащая обработке.docx

в набор i, могут быть отображены только вполне определенные блоки основной памяти, в соответствии с соотношением i = j mod v, где j – адрес блока ОП. В то же время размещение блоков по строкам набора – произвольное, и для поиска нужной строки в пределах набора используется ассоциативный принцип.

Рассмотрим пример 4-входовой кэш-памяти с множественно-ассоциативным отображением (рис. 31). Память данных кэш-памяти разбита на 32 набора по 4 строки в каждом. Память тегов также содержит 32 набора, в каждом из которых может храниться 4 значения тегов по одному на каждую строку набора. 14-разрядный адрес блока ОП представляется в виде двух полей: 9- разрядного поля тега и 5-разрядного поля номера набора. Номер набора однозначно указывает на один из наборов кэш-памяти.

Он также позволяет определить номера тех блоков ОП, которые можно отображать на этот набор. Такими являются блоки ОП, номера которых при делении на 2⁵ = 32 дают в остатке число, совпадающее с номером данного набора кэш-памяти. Так, блоки 0, 32, 64, 96 и т. д. основной памяти отображаются на набор с номером 0; блоки 1, 33, 65, 97 и

---

т. д. отображаются на набор 1 и т. д. Любой из блоков в последовательности может быть загружен в любую из четырех строк соответствующего набора.


Рисунок 31 – Организация кэш-памяти с четырехканальным наборно-ассоциативным отображением

Роль тега выполняют 9 старших разрядов адреса блока ОП, в которых содержится порядковый номер блока в последовательности блоков, отображаемых на один и тот же набор кэш-памяти. Например, блок 65 в последовательности блоков, отображаемых на набор 1, имеет порядковый номер 2 (отсчет ведется от 0).

При обращении к кэш-памяти 5-разрядный номер набора указывает на конкретный набор памяти тегов (это соответствует прямому отображению). Далее производится параллельное сравнение каждого из четырех тегов, хранящихся в этом наборе, с полем тега поступившего адреса, т.е. поиск нужного тега среди четырех возможных осуществляется ассоциативно.

В предельных случаях, когда v = m, k = 1, множественно-ассоциативное отображение сводится к прямому, а при v = 1, k = m – к ассоциативному.

Упрощенно можно считать, что кэш

---

с множественно-ассоциативным отображением представляет собой несколько параллельно и согласовано работающих каналов прямого отображения, в которых строки с одинаковыми номерами образуют соответствующий набор.

В зависимости от способа отображения основной памяти на кэш-память различают три архитектуры кэш-памяти:

1. 
   1.кэш прямого отображения (direct-mapped cache);
   
2. 
   2.полностью ассоциативный кэш (fully associative cache);
   
3. 
   3.наборно- (частично- или множественно-) ассоциативный кэш (set associative cache).
   

Кэшпрямогоотображенияимеет самую простую аппаратную реализацию, так как кэш-память имеет структуру обычной прямо адресуемой памяти и необходимо всего одно устройство сравнения. Поэтому такой кэш может иметь большой объем. Кэш-память этого типа в основном применяется во внешнем вторичном кэше, который подключается к системной шине процессора.

Реализация полностьюассоциативногокэшаявляется сложной аппаратной задачей, которая решается только для небольших объемов, т.е. полностью ассоциативный кэш из-за своей сложности не может иметь большой объем и используется, как правило, для вспомогательных целей. Например, в процессорах Intel Pentium MMX полностью ассоциативный кэш используется в блоке страничной переадресации (осуществляет трансляцию линейного адреса в физический страницами размером

---

4 Кбайт или 4 Мбайт) для построения буфера ассоциативной трансляции TLB (Translation Look aside Buffer), предназначенного для ускорения доступа к интенсивно используемым страницам размером 4 Кбайт: TLB команд – 32 вхождения, TLB данных – 64 вхождения.

Промежуточным между полностью ассоциативным кэшем и кэшем прямого отображения является наборно-ассоциативныйкэш, который в основном и используется в современных микропроцессорах. Например, в процессоре Intel Core 2 Duo E6400: L1 D- Cache, L1 I-Cache – 32 KB × 2 8-way set associative (8WSA – 8-канальный наборно-ассоциативный кэш), L2 Cache – 2048 KB 8WSA.

---

22.Алгоритмы замещения информации в заполненной кэш-памяти.

Когда кэш-память заполнена, занесение в нее нового блока связано с замещением содержимого одной из строк. При прямомотображении каждому блоку основной памяти соответствует только одна определенная строка в кэш-памяти, и никакой иной выбор удаляемой строки здесь невозможен. При полностьюи частичноассоциативныхспособах отображения требуется какой- либо алгоритм замещения (выбора удаляемой из кэш-памяти строки).

Основная цель стратегии замещения – удерживатьв кэш-памяти строки, к которым наиболее вероятны обращения в ближайшем будущем, и заменятьстроки, доступ к которым произойдет в более отдаленном времени или вообще не случится. Оптимальным будет алгоритм, который замещает ту строку, обращение к которой в будущем произойдет позже, чем к любой другой строке кэша. Такое предсказание практически нереализуемо, поэтому используются алгоритмы, уступающие оптимальному. В любом случае для достижения высокой скорости алгоритм замещения должен быть реализован аппаратными средствами.

Наиболее распространенными являются четыре алгоритма замещения, рассматриваемые в порядке уменьшения

---