КЭШ память с прямым распределением

Цель работы: Изучение принципа
построения кэш-памяти с прямым распределением. Кэш-память - это
быстродействующая память, расположенная между центральным процессором и основной
памятью. Вместе с основной памятью она входит в иерархическую структуру и ее
действие 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 быстродействия основной памяти. Если копия,
к адресу которой был выполнен доступ ЦП, существует 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 блоки с
фиксированным числом слов и обмен данными между основной памятью и кэш-памятью
выполняется блоками. При доступе к некоторому адресу центральный процессор
должен сначала определить содержит 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 преобразования
адресов. На сложность этого механизма существенное влияние оказывает стратегия
размещения, определяющая, в какое место кэш-памяти следует поместить каждый блок
из основной памяти. кэш с прямым отображением
(размещением); Кэш с прямым отображением (размещением) является
самым простым типом буфера. Адрес памяти однозначно определяет строку кэша, в
которую будет помещен блок информации. При этом предполагается, что оперативная
память разбита на блоки и каждому такому блоку в буфере отводится всего одна
строка. 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
размерность блока составляет 16 слов, тогда основная память будет содержать
16384 блока. Восемнадцать разрядов адреса основной памяти тогда можно
распределить следующим образом - 14 старших разрядов использовать для адресации
блока, а 4 младших - для адресации слова в блоке. Пусть емкость кэш-памяти
равна 2 К слов. Тогда количество блоков в кэш составляет 128. На рис.5 приведена
упрощенная функциональная схема 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. из 128 блоков, имеющих семь младших
разрядов, эквивалентных числу 89 (1011001). Для того чтобы определить, какой
именно блок находится в кэш-памяти используется специальная память (тэговая
память) емкостью 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, откуда 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.