Міністерство освіти Російської Федерації

Володимирський державний університет

Кафедра УІТЕС

Лабораторна робота N8

КЕШ пам'ять із прямим розподілом

Виконав: ст. гр. УІ-198

Єсін Г.Н..

Перевірив: Андреєв

І.О.

Володимир 2000

Мета роботи: Вивчення принципу побудови кеш-пам'яті з пря -мим розподілом.

Введення

Кеш-пам'ять - це швидкодіюча пам'ять, розташованаміж центральним процесором і основною пам'яттю. Разом з ос -новних пам'яттю вона входить в ієрархічну структуру і її Дейсі -твіє еквівалентно швидкому доступу до основної пам'яті. У великихуніверсальних ЕОМ, основна пам'ять яких має ємність близько
32-64 Мбайт, зазвичай використовується кеш-пам'ять ємність 64-256
Кбайт, тобто ємність кеш-пам'яті складає близько 1/1000-1/500ємності основної пам'яті, а швидкодія в 5-10 разів вище Би-сь -родействія основної пам'яті.

Кеш-пам'ять, що складається з m слів, зберігає копії не меншеніж m-слів з усіх слів основної пам'яті.

Якщо копія, на адресу якої був виконаний доступ ЦП, су -суспільством в кеш-пам'яті, то зчитування завершується вже при доступідо кеш-пам'яті. Відзначимо, що використання кеш-пам'яті грунтуєтьсяна принципах просторової і тимчасової локальності. У разіпросторової локальності основна пам'ять розбивається на бло -ки з фіксованим числом слів і обмін даними між основноюпам'яттю і кеш-пам'яттю виконується блоками. При доступі до некот -рому адресою центральний процесор повинен спочатку визначити з -чи тримає кеш-пам'ять копію блоку за вказаною адресою, і якщоє, то визначити, з якого адреси кеш-пам'яті починаєтьсяцей блок. Цю інформацію ЦП отримує за допомогою механізму преоб -разованія адрес.

Про складність цього механізму істотний вплив робитьстратегія розміщення, що визначає, в яке місце кеш-пам'ятіслід помістити кожен блок з основної пам'яті.

Залежно від способу розміщення даних основної пам'ятів кеш-пам'яті передбачено три типи кеш-пам'яті: кеш з прямим відображенням (розміщенням); повністю асоціативний кеш; множинний асоціативний кеш.

Кеш з прямим відображенням (розміщенням) є найбільшпростим типом буфера. Адреса пам'яті однозначно визначає рядоккеша, в яку буде поміщений блок інформації. При цьому припускає -логуєтеся, що оперативна пам'ять розбита на блоки і кожному та -кому блоку в буфері відводиться всього один рядок.

Розглянемо механізм кеш-пам'яті з прямим відображенням реалі -зовано в лабораторній роботі.

Стратегія розміщення та механізм перетворення адрес в кеш-пам'яті зпрямим відображенням.

Припустимо, що основна пам'ять має ємність 256 До слів.
Для адресації основної пам'яті використовується 18 біт. Нехай розмір -ність блоку становить 16 слів, тоді основна пам'ять буде зо -тримати 16384 блоку. Вісімнадцять розрядів адреси основний пам'я -ти тоді можна розподілити наступним чином - 14 старших раз -рядів використовувати для адресації блоку, а 4 молодших - для адре -сації слова у блоці.

Нехай ємність кеш-пам'яті дорівнює 2 До слів. Тоді кількістьблоків в кеш становить 128. На рис.5 наведена спрощена функ -нальні схема кеш-пам'яті.

Для того, щоб помістити в кеш-пам'ять з основної пам'ятіблок з адресою b 4n 0 цю адресу ділити на дві частини:

-молодші сім розрядів адреси блоку використовується для адре-сації місця зберігання блоку в кеш-пам'яті;

-старші сім розрядів (часто називають їх "тег") поміщають в спеціальну пам'ять (тегів пам'ять), яка використовується в пос-ледствіі для читання з кеш-пам'яті.

Таким чином, якщо адреса блоку основної пам'яті рівний
3673 -> 111001011001, то в кеш-пам'яті цей блок буде розміщений поадресою 89 -> 1011001.

У даному випадку за цією адресою може бути розміщений будь-який

з 128 блоків, що мають сім молодших розрядів, еквівалентних чис -лу 89 (1011001).

У цьому полягає один з недоліків кеш-пам'яті з прямимвідображенням.

Для того щоб визначити, який саме блок знаходиться вкеш-пам'яті використовується спеціальна пам'ять (тегів пам'ять) ем -кісткою 7 * 128 слів, куди містяться сім старших розрядів адресиблоку, що зберігається в даний час в кеш-пам'яті. Адреса розміщенняяких визначається сім'ю молодшими розрядами (у нашому прикладі
89 (1011001)). При доступі до кеш-пам'яті молодші сім розрядівадреси блоку використовується в якості адреси тегів пам'яті, від -куди зчитується значення тега (сім старших розрядів адресиблоку). Якщо лічений тег і що надійшли сім старших розрядівблоку збігаються, то це означає, що потрібний блок зберігається вкеш-пам'яті і з пам'яті даних виконується читання слова, адресаякого зазначений у чотирьох молодших розрядах повної адреси.

Висновок: Дана лабораторна робота проведена відповідно до методичнимзазначенням, представленим у вигляді текстового файлу в додатку до навчальноїпрограмі. На даній лабораторній роботі я вивчив принципи побудови КЕШ --пам'яті з прямим розподілом. Весь процес навчання проводився задопомогою програми розташованої на ЕОМ.