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144 lines (80 loc) · 4.28 KB

Cache.md

File metadata and controls

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Raw

Cache

장점

Cache Placement Strategies

  • 기본적인 설정

    32bit의 Physical Address 이므로 주소의 한계는 2^32

    따라서 메모리의 최대 크기는 4GB

    Word 의 크기 : 32bit = 4byte

    Block의 크기 : 4 Word = 16byte

    Block이 16byte 이므로, Physical Memory의 Block 갯수는 총 2^28개 (2^32 / 2^4)

    Cache Memory의 용량은 32KB 이므로 Cache Memory의 Block 갯수는 2^11개 (2^15/2^4)

Cache의 어느 곳에 Memory Block을 넣을 것인가?

Fully Associative Cache

fully-associative-cache

그냥 빈곳에 넣을 수 있음 ㅋㅋ

실제 구조

tag tag ram offset
Physical Memory의 몇 번째 block인지 Cache 내부 데이터의 실제 위치 Block 내 몇 번째 데이터인지

tag bit와 tag ram의 비트들을 동시에 전부 XNOR연산을 이용하여 (같으면 1, 다르면 0) True가 나올 경우, 그 Cache를 찾아가서 CPU에게 데이터를 주고 Cache HIT를 알린다.

  • 장점
    • Conflict Misses가 발생하지 않는다.
    • Cache Hit 비율이 높다. 따라서 빠르다.
  • 단점
    • 비교기가 Cache Block의 갯수(2^11) 만큼 필요하므로 비용이 많이든다.

Direct Mapped Cache

direct-mapped-cache

정해진 곳에만 들어갈 수 있음 ㅋㅋ

-> Cache와 Memory 사이에 Mapping이 되어있음

direct-mapped-cache

2^11개의 Block을 한 덩이로 만듦

그러면 한 덩이가 하나의 Cache 전체에 대응됨

그러므로 각 덩이 안의 Block들은 Cache Block에 맵핑됨

Physical Address는 Block이 2^28개 있음

따라서 덩이들은 2^17(2^28/2^11)개 존재

tag index offset
몇 번 덩이 덩이 내 몇 번째 블럭 블럭 내 몇 번째 데이터

Decoder가 가리키는 TAG RAM 내부의 데이터와 tag 비트가 동일하고, write가 안되었다면 Cache HIT

  • 장점
    • 하드웨어 설계가 간편함 (비교기가 1개)
    • 값이 상대적으로 저렴함
  • 단점
    • Cache Hit 비율이 낮음
    • 실제 Memory Block의 위치에 따라 Cache 내의 위치가 정해져있으므로, Collision Miss 발생 가능

Set Associative Cache

set-associative-cache

Direct Mapped Cache + Fully Associative Cache

set-associative-cache

Way의 크기만큼을 하나의 덩이로 본다.

기본적으로, Way 하나만 놓고 보았을 때, Direct Mapped Cache와 동일하다.

그러나, Way 중 "아무 곳이나 들어갈 수 있다" 는 자유로움이 존재한다.

예를들어, Way = 3 이라면, 하나의 Memory Block이 3가지의 Cache Block에 들어갈 수 있는 것이다.

  • 장점

    • Direct Mapped Cache에 비해서 Cache Hit 비율이 높다.
    • 비교기가 Way 수 만큼 있기 때문에, Fully Associative Cache보다 가격이 저렴하다.

  • 단점

    • Mux를 통과하기 때문에, Direct Mapped Cache 보다 느리다.

Cache Block Replacement

  • Random

    • 그냥 랜덤으로 한 block을 대체한다.

  • LRU (least recently used)

    • timestamp 저장 필요

Types of Cache Miss

  • Cold-start Misses

    • 첫 접근은 무조~건 miss가 발생한다. why? 캐시에 없으니깐!

  • Capacity Misses

    • 캐시의 크기보다 현재 프로그래밍 필요로 하는 Memory block이 더 클 경우 발생 가능!
    • Fully-Associative Cache여도 발생할 수 있는 Cache Miss이다.

  • Conflict Misses

    • Direct-Mapped Cache, Set-Associative Cache 에서만 발생

    • Full-Associative Cache에선 발생 X

    • 여러 block들이 하나의 Cache block에 Mapping 되었을 때 발생하는 Cache Miss이다.

  • Invalidation Misses

    • Cache에 데이터를 저장했는데, 원본이 수정이 되었을 때 발생하는 Cache Miss 이다.

Reference

https://www.geeksforgeeks.org/types-of-cache-misses/