Программирование и комп-ры

КЭШ память с прямым распределением


                Министерство образования Российской Федерации


                  Владимирский государственный университет



                                Кафедра УИТЭС



                           Лабораторная работа N8

                     КЭШ память с прямым распределением



                                                   Выполнил : ст. гр. УИ-198

                                                                  Есин Г.Н..

                                                        Проверил : Андреев
                                    И.А.



                                Владимир 2000



     Цель работы: Изучение принципа построения кэш-памяти с пря-
мым распределением.


                                  Введение

    Кэш-память -  это  быстродействующая память,  расположенная
между центральным процессором и основной памятью.  Вместе с  ос-
новной памятью  она  входит в иерархическую структуру и ее дейс-
твие эквивалентно быстрому доступу к основной памяти.  В больших
универсальных ЭВМ, основная память которых имеет емкость порядка
32-64 Мбайт,  обычно  используется  кэш-память  емкость   64-256
Кбайт, т.е.  емкость  кэш-память составляет порядка 1/1000-1/500
емкости основной памяти,  а быстродействие в 5-10 раз выше быст-
родействия основной памяти.
     Кэш-память, состоящая из m слов,  сохраняет копии не  менее
чем m-слов из всех слов основной памяти.
     Если копия,  к адресу которой был выполнен доступ  ЦП,  су-
ществует в кэш-памяти, то считывание завершается уже при доступе
к кэш-памяти. Отметим, что использование кэш-памяти основывается
на принципах пространственной и временной локальности.  В случае
пространственной локальности основная память разбивается на бло-
ки  с  фиксированным  числом слов и обмен данными между основной
памятью и кэш-памятью выполняется блоками. При доступе к некото-
рому  адресу центральный процессор должен сначала определить со-
держит ли кэш-память копию блока с  указанным  адресом,  и  если
имеется,  то  определить,  с какого адреса кэш-памяти начинается
этот блок. Эту информацию ЦП получает с помощью механизма преоб-
разования адресов.
     На сложность этого механизма существенное влияние оказывает
стратегия размещения,  определяющая,  в  какое  место кэш-памяти
следует поместить каждый блок из основной памяти.
     В зависимости  от способа размещения 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 строку
кэша,  в которую будет помещен блок информации. При этом предпо-
лагается,  что оперативная память разбита на блоки и каждому та-
кому блоку в буфере отводится всего одна строка.
     Рассмотрим механизм кэш-памяти с прямым отображением реали-
зованный в лабораторной работе.

Стратегия размещения  и  механизм  преобразования  адресов  в  кэш-памяти  с
прямым отображением.

     Предположим, что основная память имеет емкость 256 К  слов.
Для адресации основной памяти используется 18 бит. Пусть размер-
ность блока составляет 16 слов,  тогда основная память будет со-
держать 16384 блока. Восемнадцать разрядов адреса основной памя-
ти тогда можно распределить следующим образом - 14 старших  раз-
рядов использовать для адресации блока,  а 4 младших - для адре-
сации слова в блоке.
     Пусть емкость  кэш-памяти равна 2 К слов.  Тогда количество
блоков в кэш составляет 128. На рис.5 приведена упрощенная функ-
циональная схема кэш-памяти.
     Для того чтобы поместить в кэш-память  из  основной  памяти
блок с адресом b 4n 0 этот адрес делить на две части:
     -младшие семь разрядов адреса блока используется для  адре-
     сации места хранения блока в кэш-памяти;
     -старшие семь разрядов (часто называют их "тэг") помещают в
     специальную память  (теговую  память),  используемую в пос-
     ледствии для чтения из кэш-памяти.
     Таким образом,  если  адрес  блока  основной  памяти  равен
3673->111001011001, то в кэш-памяти этот блок будет размещен  по
адресу 89->1011001.

     В данном случае по этому адресу может быть  размещен  любой

из 128 блоков, имеющих семь младших разрядов, эквивалентных чис-
лу 89 (1011001).
     В этом  заключается один из недостатков кэш-памяти с прямым
отображением.
     Для того  чтобы  определить,  какой именно блок находится в
кэш-памяти используется специальная память (тэговая память)  ем-
костью 7*128 слов,  куда помещаются семь старших разрядов адреса
блока, хранящегося в данное время в кэш-памяти. Адрес размещения
которых определяется  семью младшими разрядами ( в нашем примере
89 (1011001)).  При доступе к кэш-памяти младшие  семь  разрядов
адреса блока используется в качестве адреса тэговой памяти,  от-
куда считывается значение тэга  (семь  старших  разрядов  адреса
блока). Если  считанный  тэг и поступивших семь старших разрядов
блока совпадают,  то это означает, что требуемый блок хранится в
кэш-памяти и  из  памяти данных выполняется чтение слова,  адрес
которого указан в четырех младших разрядах полного адреса.



Вывод: Данная лабораторная работа проведена в  соответствии  с  методическим
указанием, представленным в виде текстового файла в приложении  к  обучающей
программе. На данной лабораторной работе я изучил принципы построения КЭШ  -
памяти  с  прямым  распределением.  Весь  процесс  обучения  производился  с
помощью программы расположенной на ЭВМ.


смотреть на рефераты похожие на "КЭШ память с прямым распределением"