Capítulo 2 Organización y estructura de la memoria cache Ampliación: Políticas de ubicación en caches

Transcripción

1 Capítulo 2 Organización y estructura de la memoria cache Ampliación: Políticas de ubicación en caches de la U.A.M.

2 Consideraciones de un sistema con memoria cache Política de ubicación Correspondencia directa Totalmente asociativa Asociativa por conjuntos 2

3 Cache de correspondencia directa Ejemplo memoria 32 posiciones y cache de 8 posiciones. La correspondencia típica es: (Dirección del Bloque) mod (Nro Bloques cache) Cache Memoria 3

4 Implementación correspondencia directa Ejemplo: Direcciones de 32 bits. Cache de 1024 (2 10 ) palabras de 32 bits (4 bytes). La etiqueta tendrá: = 20 bits Total Datos: 2 10 x 4 = 4 KB Cuantos bits en total tendrá esta memoria cache? Total : (bitsdatos + bitvalido + bitsetiqueta) x Nro_entradas = = (32 bits ) x 2 10 bits = 53 x 2 10 bits = 53 Kb 4

5 Optimización correspondencia directa Cuando se inicia la cache estará vacía y las etiquetas no tendrán significado real. Se necesita bit de valido. Para sacar partido a la localidad espacial es mejor tener entradas en la cache de más de una palabra. En cada lectura a memoria se leen múltiples palabras adyacentes. Aprovechando la trasferencia de bloques de las memorias. La correspondencia es al igual que antes: (Dirección del Bloque) mod (Nro Bloques cache) Ejemplo: Memoria cache con 64 KB de datos (2 16 ) con bloques de 4 palabras de 32 bits (16 bytes) 5

6 Optimización correspondencia directa Cantidad de entradas: 64 KB / (16 Bytes) = 4 K (2 12 ) Tamaño total: 2 12 x ( ) = 540 Kb = 67,5 KB 6

7 Cache de correspondencia directa Ventajas: La lectura permite el acceso simultáneo al directorio y a la palabra dentro del bloque de Memoria Cache Algoritmo de reemplazo trivial Inconveniente: Incremento de la tasa de fallos de Cache, si dos bloques de memoria principal, que corresponden a un mismo bloque de la cache, se utilizan de forma alternativa Una solución Correspondencia completamente asociativa 7

8 Correspondencia totalmente asociativa El dato puede estar en cualquier posición de la mem. cache Dos temas a resolver: 1. Cómo se si el dato está y donde está? 2. Cómo decido donde ponerlo? Para resolver 1. Debo buscar en todas las celdas Un comparador para cada celda de cache! ó una memoria asociativa por contenido (CAM - Content Addressable Memory). Esta solución es demasiado cara. Solo posible en pequeños tamaños. Solución intermedia: Asociativo por conjuntos 8

9 Correspondencia Asociativo por Conjunto En correspondencia directa la posición del bloque venía dado por: (Dirección del Bloque) mod (Nro Bloques cache) Aquí la posición es (Dirección del Bloque) mod (Nro conjuntos de cache) Ejemplo asociativa de 2 vías (ó 2 asociativa). memoria cache 9

10 Correspondencia asociativa por conjuntos Ejemplo: Memoria 4 - asociativa Datos de 32 bits. 256 entradas. Etiqueta índice d -> desplazamiento Se necesita agregar 4 comparadores y un multiplexor 4 a 1. 10

11 Resumen Correspondencia directa Cada bloque tiene solamente un lugar donde puede aparecer en la cache. Correspondencia asociativa. Se puede colocar un bloque en cualquier parte. Correspondencia asociativa por conjuntos. Primero se determina un conjunto de forma directa, y dentro del conjunto puede ubicarse en cualquier lugar. Un conjunto es un grupo de bloques. Si hay n bloques en un conjunto, la caché se dice asociativa por conjuntos de n vias (n-asociativa). 11

12 Resumen Ejemplo de asignación de in bloque según la forma de asignación: Dónde se coloca la dir de mem 12 dependiendo del tipo de asociación? - Totalmente asociativa - Correspondencia directa - Asociación por conjuntos 12