6. Cấu trúc của luận án
2.1.3.2. Caches ắp xếp trực tiếp
Cache sắp xếp trực tiếp còn được gọi là cache liên kết tập hợp 1-dòng.
Nguyên tắc sắp xếp:
- Mỗi dòng của cache có thể nhận một số khối, nhưng mỗi khối của bộ nhớ
chính chỉ được sắp xếp vào một dòng cố định của cache có địa chỉ phù hợp với công
thức i = j mod C (trong đó, C là tổng số dòng của cache, j là địa chỉ của khối trong
số dòng của cache là C = 10, thì chỉ các khối có các địa chỉ là j = 7, 17, 27, 37,... có thể nạp vào dòng cache có địa chỉ i = 7, vì j/C cho số dư i = 7. Tương tự, một trong
các khối có địa chỉ là j = 2, 12, 22, 32,.. chỉ có thể được sắp xếp vào dòng i = 2 của
cache như hình 2.5.
- Địa chỉ của từ nhớ gồm N bit được diễn giải thành ba trường: trường thẻ, trường dòng cache và trường từ.
- Trường từ có W bit ghi địa chỉ từ trong khối, trường dòng có R bit ghi địa chỉ
dòng của cache, trường thẻ có (S - R) bit ghi địa chỉ của khối.
Hình 2.5: Tìm kiếm trong cache sắp xếp trực tiếp [62, 72].
Để minh họa, cho rằng bộ nhớ chính dung lượng 232 từ , chia ra M = 227 khối
(S = 27), mỗi khối có 25 = 32 từ (W = 5). Dung lượng của cache sắp xếp trực tiếp là 216 = C × 25 , có số dòng là C = 211(R = 11 bit). Địa chỉ của từ nhớ được diễn giải
gồm ba trường: trường W = 5 bit, trường dòng R = 11 bit và trường thẻ S - R = 27- 11 = 16 bit. Hình 2.5 diễn giải giá trị địa chỉ A035F002H của từ nhớ được chia thành ba phần: trường địa chỉ từ 01H, trường địa chỉ dòng giá trị 780H, trường thẻ có địa chỉ khối giá trị A035H của địa chỉ A035F002H. Giá trị của trường thẻ trỏ tới
dòng có địa chỉ 780H của cache. Nội dung của thẻ của dòng này được đọc ra so R Địa chỉ bộ nhớ Cache W W S-R Trượt cache Trúng cache 111.1000.0000 0.0010 Dòng (R=11) Từ (W=5) 1010.0000.0011.0101 Thẻ(S-R=16) So sánh A035F002H W S Bộ nhớ chính Thẻ Khối A035H 780H Thẻ Dòng Từ L0 Lj LC-1 B0 Bj BM-1
sánh với địa chỉ A035H. Nếu trùng (đó là trúng cache), thì giá trị 02H của địa chỉ
trỏ tới vị trí từ trong cache có nội dung cần tìm.
Ưu điểm:
Sơ đồ tìm kiếm trong cache sắp xếp trực tiếp đơn giản, có tốc độ tìm kiếm
nhanh và chi phí thấp, bởi vì nó chỉ cần so sánh địa chỉ yêu cầu với một địa chỉ của
dòng cache tương ứng.
Nhược điểm:
Có thể xảy ra tham chiếu lặp đi, lặp lại đến một số khối của bộ nhớ chính được sắp xếp vào cùng một dòng của cache. Những khối này sẽ liên tục hoán đổi vị trí
vào trong và ra ngoài cache, gây ra sự suy giảm tỷ số trúng cache. Trong hệ thống đơn nhiệm sự hoán đổi vị trí ít xảy ra, nhưng trong các hệ thống đa nhiệm sự hoán đổi xảy ra thường xuyên và như vậy giảm hiệu năng của cache sắp xếp trực tiếp.