На кэш-память

Способы отображения оперативной памяти

Размер строки

Еще одним важным фактором, влияющим на эффективность использования кэш-

памяти, служит размер строки. Когда в кэш-память помещается строка, вместе с

требуемым словом туда попадают и соседние слова. По мере увеличения размера

строки вероятность промахов сначала падает, так как в кэш, согласно принципу

локальности, попадает все больше данных, которые понадобятся в ближайшее

время. Однако вероятность промахов начинает расти, когда размер строки стано-

вится излишне большим (рис. 5.25, б). Объясняется это тем, что:

• большие размеры строки уменьшают общее количество строк, которые можно

загрузить в кэш-память, а малое число строк приводит к необходимости частой

их смены;

• по мере увеличения размера строки каждое дополнительное слово оказывается

дальше от запрошенного, поэтому такое дополнительное слово менее вероятно

понадобится в ближайшем будущем.

Зависимость между размером строки и вероятностью промахов во многом оп-

ределяется характеристиками конкретной программы, из-за чего трудно рекомен-

довать определенное значение величины строки. Исследования [183, 195] пока-

зывают, что наиболее близким к оптимальному можно признать размер строки,

равный 4-8 адресуемым единицам (словам или байтам). На практике размер стро-

ки обычно выбирают равным ширине шины данных, связывающей кэш-память

с основной памятью.

Сущность отображения блока основной памяти на кэш-память состоит в копиро-

вании этого блока в какую-то строку кэш-памяти, после чего все обращения к бло-

ку в ОП должны переадресовываться на соответствующую строку кэш-памяти.

Удачным может быть признан лишь такой способ отображения, который одновре-

менно отвечает трем требованиям: обеспечивает быструю проверку кэш-памяти

на наличие в ней копии блока основной памяти; обеспечивает быстрое преобразо-

вание адреса блока ОП в адрес строки кэша; реализует достижение первых двух

требований наиболее экономными средствами.

Для облегчения понимания комплекса вопросов, возникающих при выборе

способа отображения оперативной памяти на кэш-память, будем рассматривать

систему, состоящую из основной памяти емкостью 256 Кслов, и кэш-памяти емко-

стью 2 Кслова. Для адресации каждого слова основной памяти необходим 18-разряд-

ный адрес (218 =256К). ОП разбивается на блоки по 16 слов в каждом, следовательно,

ее удобно рассматривать как линейную последовательность из 16 384 = 214 блоков.

При такой организации 18-разрядный адрес можно условно разделить на две час-

ти: младшие 4 разряда определяют адрес слова в пределах блока, а старшие 14 —

номер одного из 16 384 блоков. Эти старшие 14 разрядов в дальнейшем будем на-

зывать адресом блока основной памяти. В свою очередь, для адресации любого слова

в кэш-памяти требуется 11-разрядный адрес (211 = 2К). Кэш-память разбита на стро-

ки такого же размера, что и в ОП (напомним, что применительно к кэш-памяти

Кэш-память 253

вместо слова ≪блок≫ принято использовать термин ≪строка≫), то есть содержит

128 = 27 строк. 11-разрядный адрес слова в кэш-памяти также можно представить

состоящим из двух частей: адреса слова в строке (4 младших разряда) и адреса

строки кэш-памяти (7 старших разрядов).

Поскольку ЦП всегда обращается к ОП (кэш-память для ЦП невидима) и фор-

мирует для этого 18-разрядный адрес, необходим механизм преобразования тако-

го адреса в 11-разрядный адрес слова в кэше. Так как расположение слов в блоке

ОП и строке кэш-памяти идентично, для доступа к конкретному слову в блоке ОП

или в строке кэш-памяти можно использовать младшие 4 разряда 18-разрядного

адреса. Следовательно, остается лишь задача преобразования 14-разрядного адре-

са блока основной памяти в 7-разрядный адрес строки кэша.

Известные варианты отображения основной памяти на кэш можно свести к трем

видам: прямому, полностью ассоциативному и частично-ассоциативному, причем

последний имеет две модификации — множественно-ассоциативное отображение

и отображение секторов.

Дата добавления: 2014-01-14