КЭШ память с прямым распределением

КЭШ память с прямым распределениемЦель работы Изучение принципа построениякэш-памяти с прямым распределением.ВведениеКэш-память - этобыстродействующая память, расположенная между центральным процессором иосновной памятью. Вместе с основной памятью она входит в иерархическуюструктуру и ее действие эквивалентно быстрому доступу к основной памяти. Вбольших универсальных ЭВМ, основная память которых имеет емкость порядка 32-64Мбайт, обычно используется кэш-память емкость 64-256 Кбайт, т.е. емкостькэш-память составляет порядка 1 1000-1 500

емкости основной памяти, абыстродействие в 5-10 раз выше быстродействия основной памяти.Кэш-память, состоящая из m слов,сохраняет копии не менее чем m-слов из всех слов основной памяти.Если копия, к адресукоторой был выполнен доступ ЦП, существует в кэш-памяти, то считывание завершаетсяуже при доступе к кэш-памяти. Отметим, что использование кэш-памятиосновывается на принципах пространственной и временной локальности. В случаепространственной локальности основная память разбивается на блоки сфиксированным

числом слов и обмен данными между основной памятью и кэш-памятьювыполняется блоками. При доступе к некоторому адресу центральный процессордолжен сначала определить содержит ли кэш-память копию блока с указаннымадресом, и если имеется, то определить, с какого адреса кэш-памяти начинаетсяэтот блок. Эту информацию ЦП получает с помощью механизма преобразованияадресов.На сложность этого механизмасущественное влияние оказывает стратегия размещения, определяющая, в какоеместо

кэш-памяти следует поместить каждый блок из основной памяти.В зависимости от способаразмещения данных основной памяти в кэш-памяти существует три типа кэш-памяти кэш с прямым отображением размещением полностью ассоциативный кэш множественный ассоциативный кэш.Кэш с прямым отображением размещением является самым простым типом буфера. Адрес памяти однозначно определяет строкукэша, в которую будет помещен блок информации.

При этом предполагается, чтооперативная память разбита на блоки и каждому такому блоку в буфере отводитсявсего одна строка.Рассмотрим механизм кэш-памяти спрямым отображением реализованный в лабораторной работе.Стратегия размещения и механизм преобразования адресовв кэш-памяти с прямым отображением. Предположим, что основная память имеет емкость256 К слов. Для адресации основной памяти используется 18 бит.

Пустьразмерность блока составляет 16 слов, тогда основная память будет содержать16384 блока. Восемнадцать разрядов адреса основной памяти тогда можнораспределить следующим образом - 14 старших разрядов использовать для адресацииблока, а 4 младших - для адресации слова в блоке.Пусть емкость кэш-памяти равна 2К слов. Тогда количество блоков в кэш составляет 128. На рис.5 приведенаупрощенная функциональная схема кэш-памяти.

Для того чтобы поместить вкэш-память из основной памяти блок с адресом b 4n 0 этот адрес делитьна две части -младшие семь разрядов адреса блока используется для адре сации местахранения блока в кэш-памяти -старшие семь разрядов часто называют их тэг помещают вспециальную память теговую память , используемую в пос ледствии для чтения изкэш-памяти.Таким образом, если адрес блокаосновной памяти равен 3673- gt 111001011001, то в кэш-памяти этот блок будетразмещен по адресу 89- gt 1011001.В данном случае по этому адресу может

быть размещенлюбой из 128блоков, имеющих семь младших разрядов, эквивалентных числу 89 1011001 .В этом заключается один изнедостатков кэш-памяти с прямым отображением.Для того чтобы определить, какойименно блок находится в кэш-памяти используется специальная память тэговаяпамять емкостью 7 128 слов, куда помещаются семь старших разрядов адресаблока, хранящегося в данное время в кэш-памяти. Адрес размещения которыхопределяется семью младшими разрядами в нашем примере 89 1011001

. Придоступе к кэш-памяти младшие семь разрядов адреса блока используется в качествеадреса тэговой памяти, откуда считывается значение тэга семь старших разрядовадреса блока . Если считанный тэг и поступивших семь старших разрядов блокасовпадают, то это означает, что требуемый блок хранится в кэш-памяти и изпамяти данных выполняется чтение слова, адрес которого указан в четырех младшихразрядах полного адреса.Вывод Данная лабораторнаяработа проведена в соответствии с методическим

указанием, представленным в видетекстового файла в приложении к обучающей программе. На данной лабораторнойработе я изучил принципы построения КЭШ - памяти с прямым распределением. Весьпроцесс обучения производился с помощью программы расположенной на ЭВМ.