Funciones de correspondencia

Arquitectura de Computadores

Memoria Caché: Funciones de Correspondencia

Objetivos

Entender el modo de operación de las distintas

funciones de correspondencia utilizadas en las

memorias caché

Entender como cada función mapea las direcciones de

la memoria principal en la memoria caché

Entender las ventajas y desventajas de cada función de

correspondencia

Objetivos

2 Arquitectura de Computadores

Indica la forma como mapeo los bloques de memoria principal en las líneas de la memoria caché

Arquitectura de Computadores3

Determina donde guardar un bloque Determina donde buscar un dato Permite determinar qué bloque hay en cada línea

Memoria Caché

Función de Correspondencia


Correspondencia Directa (directly mapped)

Correspondencia Asociativa (fully associative)

Correspondencia Asociativa por conjuntos (N-way associative)

Funciones de Correspondencia

Tipos de Correspondencia


Correspondencia Directa

(directly mapped)



Correspondencia Directa (directly mapped) Mapea a priori Cada bloque tiene asociada una línea de la caché



Ej. 1000 alumnos: 0-999 Cada uno se estaciona en el

estacionamiento determinado por sus últimos 2 dígitos del número de alumno.


00

01

02

13

14

15

62

63

64

82

83

84

85

96

97

98

99

00

01

02

13

14

15

62

63

64

82

83

84

85

96

97

98

99





Llega alumno 814 Se estaciona en 14

00

01

02

13

14

15

62

63

64

82

83

84

85

96

97

98

99






00

01

02

13

14

15

62

63

64

82

83

84

85

96

97

98

99



Queremos ir a buscar el auto del alumno 683

¿Cómo sabemos si el auto del estacionamiento 83 es el de él?

Necesitamos almacenar información extra que indique que auto es el que está en cada estacionamiento.

00

01

02

13

14

15

62

63

64

82

83

84

85

96

97

98

99



TAG


¿Cómo sabemos si el auto del estacionamiento 83 es el de él?

Necesitamos almacenar información extra que indique que auto es el que está en cada estacionamiento.

82

83

84

85

6

00

01

02

13

14

15

62

63

64

96

97

98

99


¿Qué guardo? El dígito de las centenas El resto determinado por número de

n° estacionamiento


TAG

8

7

1

9

5

Entonces el auto guardado en 83 no corresponde al 683 sino al 583.

Hay que ir a buscar el auto 683 fuera del campus y actualizar el tag.

82

83

84

85

6

00

01

02

13

14

15

62

63

64

96

97

98

99


¿Si quiero el auto del alumno 963?

Voy a 63 y leo el tag. El auto es el que busco.


TAG

8

7

1

9



Memoria Cache

00

01

10

11

Cada línea de caché corresponde a un “estacionamiento” . Cada bloque de la memoria principal se asocia a una línea

particular. Ej.Memoria principal de 256 bytes, caché de 8 bytes, bloques de 2

bytes.

Memoria Principal = 128 bloques Caché = 4 líneas

0000 00000000 00010000 00100000 00110000 01000000 01010000 01100000 0111



Cada línea de caché corresponde a un “estacionamiento” . Cada bloque de la memoria principal es asociada a una línea


bytes, Determina el byte dentro del bloque o de la línea

01010101





bytes,

0000 00000000 00010000 00100000 00110000 01000000 01010000 01100000 0111

Determina la línea de la caché

0000010110101111





bytes,

Tag asociado a la dirección

0000 00000000 00010000 00100000 00110000 01000000 01010000 01100000 0111

0000 00000 00000 00000 00000 00000 00000 00000 0



¿Qué pasa si duplicamos la memoria principal? El tag aumenta en un bit


00000000

0000 00000000 00010000 00100000 00110000 01000000 01010000 01100000 0111

0000 00000 00000 00000 00000 00000 00000 00000 0



¿Qué pasa si duplicamos la cantidad de líneas de la caché? Los bits que determinan las líneas aumentan en 1 El tag se reduce en un bit

Determina la línea de la caché0000 0000

0000 00010000 00100000 00110000 01000000 01010000 01100000 0111

0000010110101111

00000000



¿Qué pasa si duplicamos el tamaño de las líneas? Índice del byte en el bloque o línea aumenta en un bit Bit de la línea se mantiene, pero se desplaza. Tag se reduce en 1

Determina el byte dentro del bloque o de la línea

0000 00000000 00010000 00100000 00110000 01000000 01010000 01100000 0111

0000010110101111

01010101

00110011

00000000

00001111



Ventajas Tag pequeño (menos memoria extra) Muy rápidas No requieren políticas de reemplazo Lógica simple

Desventajas Poca eficiencia en el uso del espacio

Puedo sobrescribir datos aún cuando hay lugares libres Muchas colisiones



Ej. Memoria principal de 2 Mb

2 * 220 21 bits. Caché de 64 Kb Línea de 4 bytes

64Kb / 4b = 16K_líneas 24 * 210 14 bits

Para una dirección cualquiera

A20 A19 A18 A17 A16 A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0

Índice del byte

LíneaTag


Correspondencia Asociativa

(fully associative)



Correspondencia Asociativa (fully associative) Mapea en forma dinámica Cada bloque puede estar en cualquier línea




primer estacionamiento libre.

00

01

02

13

14

15

62

63

64

82

83

84

85

96

97

98

99


00

01

02

13

14

15

62

63

64

82

83

84

85

96

97

98

99


Llega alumno 814




00

01

02

13

14

15

62

63

64

82

83

84

85

96

97

98

99




Llega alumno 764


00

01

02

13

14

15

62

63

64

82

83

84

85

96

97

98

99

Llega alumno 102





00

01

02

13

14

15

62

63

64

82

83

84

85

96

97

98

99



¿Cómo sabemos donde está?


00

01

02

13

14

15

62

63

64

82

83

84

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96

97

98

99

TAG814

764102

¿Qué almacenamos en el tag?

Todo el n° de alumno

00

01

02

13

14

15

62

63

64

82

83

84

85

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97

98

99


TAG

¿Qué pasa si se llena el estacionamiento?

Al llegar un nuevo auto, sacamos alguno conforme a alguna política


814

764102


Memoria Cache

00

01

10

11

Cualquier bloque de memoria principal puede estar en cualquier línea de la caché

Ej. Memoria principal de 256 bytes, caché de 8 bytes, bloques de 2 bytes.









0000 00000000 00010000 00100000 00110000 01000000 01010000 01100000 0111

01010101






0000 00000000 00010000 00100000 00110000 01000000 01010000 01100000 0111


01010101



Ventajas Uso eficiente de la memoria (100%)

Desventajas Tag muy grande. Requiere politicas de reemplazo Requiere almacenar información adicional para las políticas

de reemplazo. Es muy caro determinar qué bloque está en cada línea

Búsqueda puede ser muy lenta si la caché aumenta de tamaño O(n).

Ó muy cara electrónicamente si se usa búsqueda en paralelo.


Correspondencia Asociativa por conjuntos

(N-way associative)



Correspondencia Asociativa por conjuntos (N-way associative)

Mezcla de la correspondencia directa y asociativa

Correspondencia Asociativa por Conjuntos


Ej. 1000 alumnos: 0-999

00

01

02

13

14

15

62

63

64

82

83

84

85

96

97

98

99


Las 100 entradas se dividen en 10 grupos de 10.

El grupo donde se estaciona alguien depende del último dígito de su n° de alumno (~directly mapped)

Dentro del grupo se estaciona donde mejor le parezca (~fully-associative)


Memoria Cache

00

01

10

11

Ej. 2 vías.



Las vías indican la cantidad de líneaspor conjunto… NO LA CANTIDAD DE CONJUNTOS


Ej. 2 vías.




0000 00000000 00010000 00100000 00110000 01000000 01010000 01100000 0111

01010101


Ej. 2 vías.



Determina el conjunto de la memoria cache

0000 00000000 00010000 00100000 00110000 01000000 01010000 01100000 0111

00110011


Ej. 2 vías.




0000 00000000 00010000 00100000 00110000 01000000 01010000 01100000 0111

00110011

01010101


Ventajas

Tag más pequeño que en fully – associative, pero más grande que Directly – Mapped

Permite mayor eficiencia en el uso de la memoria por la flexibilidad.

Búsqueda dentro del conjunto es más rápida.



Ej, 4 vías. Memoria Principal de 1Kb 210

10 bits

Líneas de 2 bytes 1 bit para especificar línea

Caché de 64 bytes 64 / 2 bytes por línea = 32 líneas.

32 líneas / 4 vías = 8 conjuntos. 3 bits para especificar conjunto.

¿ En que direcciones de la caché podría estar el dato almacenado en la dirección 1101100111 ?




Memoria Caché

00h

01h

02h

03h

04h

05h

06h

07h

08h

1Bh

1Ch

1Dh

1Eh

1Fh

Conjunto 0 : líneas 0 – 3 Conjunto 1 : líneas 4 – 7 Conjunto 2 : líneas 8 – 11 … Conjunto n :

líneas N*n N*n + N-1

Ej, 4 vías.¿ En que dirección de la caché podría estar el dato almacenado en la dirección 1101100111 ?

1101100111conjunto 3

byte 1

Línea 0 : direcciones 0 – 1 Línea 1 : direcciones 2 – 3 … Línea n : direcciones 2*n

+ 2*n+1

Conjunto 3 : líneas 12 -15

Línea 12 : direcciones 24 - 25

13 : 26 - 27

14 : 28 - 29

15 : 30 - 31

Funciones de correspondencia

Education

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