Наборно-ассоциативный кэш

Наборно-ассоциативная архитектура кэша позволяет каждому блоку кэшируе­мой памяти претендовать на одну из нескольких строк кэша, объединенных в набор (set). Можно считать, что в этой архитектуре есть несколько параллельно и согла­сованно работающих каналов прямого отображения, где контроллеру кэша при­ходится принимать решение о том, в какую из строк набора помещать очередной блок данных.

В простейшем случае каждый блок памяти может помещаться в одну из двух строк (Two Way Set-Associative Cache – двухканальный наборно-ассоциативный кэш). Такой кэш должен содержать два банка памяти тегов (рис. 7).

Рис. 7. Двухканальный наборно-ассоциативный кэш

Номер набора (индекс), в котором может отображаться затре­бованный блок дан­ных, однозначно определяется средней частью адреса (как номер строки в кэше прямого отображения). Строка набора, отображающая требуемый блок, опреде­ляется сравнением тегов (как и в ассоциативном кэше), параллельно выполняе­мым для всех каналов кэша. Кроме того, с каждым набором должен быть связан признак, определяющий строку набора, подлежащую замещению новым блоком данных в случае кэш-промаха. Канди­датом на замещение обычно выбирается строка, к которой дольше всего не обра­щались (алгоритм LRU– Least Recently Used). При относительно большом коли­честве каналов (строк в наборе) прибегают к некоторому упрощению – алгоритм Pseudo-LRU для четырех строк (Four Way Set Associative Cache) позволяет при­нимать решения, используя всего 3 бита. Возможно также применение алгоритма замещения FIFO (первым вошел – первым вышел) или даже случайного (random) замещения, что проще, но менее эффективно.

Наборно-ассоциативная архитектура широко применяется для первичного кэша современных процессоров. Объем кэшируемой памяти определяется так же, как и в предыдущем варианте, но здесь фигурируют объем одного банка (а не всего кэша) и разрядность относящихся к нему ячеек тега.