SISTEMAS DE MEMORIA DEL COMPUTADOR

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SISTEMAS DE MEMORIA DEL COMPUTADOR

• LECCIÓN 2.
• MEMORIAS CACHE

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NECESIDAD DE LA MEMORIA CACHE

• La CPU y la memoria tienen tiempos de acceso muy
  diferentes. Para mejorar la situación se inserta
  una memoria intermedia

CPU
MEMORIA RAM
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NECESIDAD DE LA MEMORIA CACHE

• La CPU y la memoria tienen tiempos de acceso muy
  diferentes. Para mejorar la situación se inserta
  una memoria intermedia llamada memoria cache con
  mejores tiempos de acceso

CPU
CACHE
MEMORIA RAM
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ESTRUCTURA DE UNA MEMORIA CACHE
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(No Transcript)
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LECTURA DE UNA MEMORIA CACHE

CPU genera dir
Acceso a Mp para obtener dato
Está en cache?
Asignar bloque en cache
Leer dato y pasar a CPU
Pasar dato a CPU
Copiar bloque en cache
Continuar
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MEDIDAS DE CALIDAD DE UNA MEMORIA CACHE

• Tiempo de acceso Ta
• Ta h Tc (1-h) Tp
• Donde
• Tc es el tiempo de acceso a la cache
• Tp es el tiempo de acceso a la memoria principal
• h es el índice de aciertos de la cache.

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MEDIDAS DE CALIDAD DE UNA MEMORIA CACHE

• Definimos índice de mejora ? TP /Ta
• Mide el aumento de rendimiento cuando se incluye
  una memoria caché en un sistema de memorias.
• Se puede demostrar que ? 1/(1-h(1- ?))
• Donde ? Tc /Tp

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ORGANIZACIÓN DE LA MEMORIA CACHE

• FUNCIONES DE MAPA
• Son las distintas formas de correspondencia entre
  los bloques de la memoria cache y los bloques de
  la memoria principal. Tenemos tres modelos
  básicos
• Correspondencia directa
• Correspondencia asociativa
• Correspondencia asociativa por conjuntos

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CORRESPONDENCIA DIRECTA

• Asocia a cada bloque de la memoria principal una
  línea de la cache, de acuerdo con la siguiente
  expresión
• Cj ? Mi si i j (mod C).
• Siendo Cj línea j de la cache
• Mi bloque i de la memoria principal
• C nº de líneas de la cache

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FORMATO DE LAS DIRECCIONES

• Palabra codifica el nº de palabras de memoria
  de cada bloque de memoria
• Línea codifica el nº de línea de cache donde se
  realiza la búsqueda
• Etiqueta codifica el bloque de memoria asociado
  a esa línea de cache

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MECANISMO DE BÚSQUEDA EN CACHE
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VALORACIÓN DE LA CORRESPONDENCIA DIRECTA

• Sencilla de implementar porque no necesita
  algoritmos de reemplazo
• Ocupación de la cache ineficiente

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EJEMPLO
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CORRESPONDENCIA TOTALMENTE ASOCIATIVA

• Cualquier bloque de la memoria principal puede
  ocupar cualquier línea de la cache.
• Donde Etiqueta indica el nº de bloque de memoria
  principal que se está buscando

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MECANISMO DE BÚSQUEDA
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VALORACIÓN DE LA CORRESPONDENCIA ASOCIATIVA

• Necesita el uso de memorias asociativas
• Necesita algoritmos de reemplazo
• Es la mas eficiente en la ocupación de la cache.

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EJEMPLO
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CORRESPONDENCIA ASOCIATIVA POR CONJUNTOS

• Es una solución intermedia entre las dos
  anteriores, las líneas de memoria caché se
  asocian en conjuntos y la correspondencia se
  establece de forma directa entre cada bloque de
  la memoria principal y cada conjunto de la caché.
  
• Dentro de cada conjunto la correspondencia es
  asociativa.
• Al número de bloques del conjunto se le llama
  número de vias o grado de asociatividad.

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CORRESPONDENCIA ASOCIATIVA POR CONJUNTOS

• Sea pues una caché con Q conjuntos de R bloques
  por conjunto. La relación entre los bloques de
  memoria principal y los conjuntos de la caché,
  viene dada por la expresión siguiente
• Qj ? Mi si i j (mod Q).

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FORMATO DE LAS DIRECCIONES

• Palabra codifica el nº de palabras de memoria
  de cada bloque de memoria
• Conjunto codifica el nº de conjunto de la
  cache donde se realiza la búsqueda
• Etiqueta codifica el bloque de memoria asociado
  a ese conjunto

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MECANISMO DE BÚSQUEDA
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TIPOS DE FALTAS

• Frías Aparecen en el momento inicial cuando la
  caché está vacía.
• Por capacidad Debida a que la caché está llena
• Por conflicto Cuando varios bloques de memoria
  principal ocupan una misma línea de la caché y
  computen por esa posición

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ALGORITMOS DE REEMPLAZO

• Sustitución aleatoria. Se selecciona un bloque al
  azar para ser desalojado. Los resultados no son
  tan malos como cabría esperar.
• FIFO. Se desaloja el bloque mas antiguo en la
  cache. Para facilitar su implementación cada
  bloque de la cache lleva asociado un contador de
  edad que se pone a cero en el momento de la carga
  y se incrementa en uno en cada acceso a memoria.
• LRU En este caso se desaloja el bloque que
  lleva mas tiempo inactivo (Least recently used).
  Usa un contador similar al caso anterior salvo
  porque se pone a cero cada vez que se accede al
  bloque.
• LFU Se desaloja al bloque que se usa menos
  frecuentemente (Least frecuently used).
  Necesitaremos pues un contador de uso para cada
  línea.

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ACTUALIZACIÓN DE LA CACHE

• Lectura En este caso se utiliza el sistema
  llamado lectura directa consistente en que el
  dato se busca en memoria principal y se
  transfiere a la caché el bloque que contiene a la
  palabra buscada.

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ACTUALIZACIÓN DE LA CACHE

• Escritura En este caso existen dos políticas
  posibles
• Escritura inmediata (write through) Consiste en
  actualizar de forma inmediata la memoria
  principal cada vez que se modifica el bloque en
  la caché
• Escritura diferida (write back) Solo actualiza la
  memoria principal cuando se desaloja el bloque en
  la caché. Para ello lleva un bit de control que
  indica si se ha modificado el bloque o no ( bit
  sucio). ( Problemas de coherencia caché)

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Power-PC
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PENTIUM IV