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Memória Cache

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Definição

Nível de hierarquia de memória mais próxima do CPU

  • Pouca memória mas muito rápida
  • Está entre a memória principal e CPU Itens utilizados como base para construção de uma memória Cache:
  • Enderaçamento: qual tipo de endereço é utilizado para mapear os dados que estão armazenados na cache
  • Tamanho da cache: afeta quantidade informação mapeada por vez
    • Quanto maior, mais caro
    • Mais cache, mais rápido (limite na verificação da cache, mapeamento)
  • Função de mapeamento: calcular qual endereço da cache é usado pra armazenar um dado copiado da memória
  • Algoritmo de substituição: a cache é pequena, isso é importante para definir quais dados são substituídos quando a cache encher
  • Política de escrita: define quando o valor da memória cache é atualizado na memória principal
  • Tamanho da linha: linhas de cache ou bloco de dados
  • Quantidade de caches: caches podem ser multiníveis (Level1, L2, L3) ou não

Endereçamento

Memória virtual

  • Utilizado pra que a memória passe a ser tratada de forma lógica ao invés de física
  • Memory Management Unit: hardware utilizado para converter endereços virtuais em físicos durante leitura e escrita na memória principal A cache pode ser construída utilizando endereço virtual ou físico

Mapeamento

Mapeamento direto

Local onde o bloco é armazenado na cache é determinado pelo endereço de onde vem na memória principal

Sendo:

  • i = número da linha da cache
  • Número de blocos da memória principal e cache sempre são potências de 2
  • Para calcular módulo, basta olhar bits de endereço de ordem baixa
Tag
  • Verifica qual bloco está armazenado em uma linha de cache
  • Utiliza os bits de alta ordem
  • Uma linha de cache não pode ser dedicada a armazenar um único bloco por ser muito menor que a memória principal
Valid
  • Verifica se há dados armazenado em uma linha de cache
  • valid = 1, dado presente
  • valid = 0, dado não presente
Exemplo:

Resposta

Associativo

Blocos da memória principal podem ser armazenados em qualquer linha de cache

Associativo por conjunto

Meio termo entre mapeamento direto e associativo.

Algoritmo de substituição

Define os blocos a serem substituídos quando um novo bloco é trazido para uma cache cheia. É implementado em hardware para evitar gargalo no CPU

Não é necessário para mapeamento direto, pois só existe um possível endereço para armazenamento do dado

Pode ser:

  • Least recently used (LRU): substitui o bloco que ficou mais tempo sem ser referenciado
  • First-in-first-out (FIFO): substitui o que está há mais tempo na cache
  • Least frequently used (LFU): substitui o bloco que sofreu menor número de referências

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