Skalare Prozessoren - Moderne Prozessorarchitekturen: Prinzipien und ihre Realisierungen - page 151

Die Struktur eines direkt zuordnenden Caches ist in Bild 2.60 dargestellt. Für den
Zugriff auf den wahlfreien Speicher wird der sechs Bit breite Zeilenindex unmodifi-
ziert aus der Hauptspeicheradresse herausgelöst. Dies hat zur Folge, dass alle
Hauptspeicheradressen, die sich in den Bits 3 bis 8 nicht unterscheiden, dem jeweils
selben Cache-Eintrag zugeordnet werden. Bei einem Zugriff muss deshalb durch
einen Vergleich der oberen für den Hauptspeicherzugriff verwendeten Adressbits
überprüft werden, ob sich der adressierte Eintrag tatsächlich im Cache befindet, was
unabhängig von der Cache-Größe mit nur einem einzelnen Vergleicher möglich ist
(b). Als ungültig gekennzeichnete Einträge werden dabei, wegen des dem Verglei-
cher nachgeschalteten Und-Gatters, ignoriert (c). Zum Vergleich: Für die 64 Ein-
träge des vollassoziativen in Bild 2.59 dargestellten Caches sind insgesamt 64 Ver-
gleicher erforderlich.

31 8 3 0

Adresse Ta g Index Width

d

e

23 6 3 2

a

Ta g V Line

0
1

63

8 8 8 8 8 8 8 8

≡

AND

b

c

8, 16, 32, 64
Data Hit

Bild 2.60. Struktur eines direkt zuordnenden Caches mit 64 jeweils acht Byte breiten Einträgen (in
Anlehnung an [46])

Die weitere Bearbeitung eines erfolgreichen Zugriffs ist ähnlich, wie zum vollasso-
ziativen Cache bereits beschrieben: Mit Hilfe des Byteindex (d) und der codierten
Zugriffsbreite (e) wird ein Zugang zur adressierten Einheit innerhalb der ausgewähl-
ten Cache-Zeile hergestellt (im Bild z.B. die grau unterlegte 16 Bit breite Zugriffs-
einheit) und schließlich der Zugriff durchgeführt. Ebenfalls ähnlich wie beim vollas-
soziativen Cache wird verfahren, wenn sich der adressierte Eintrag nicht im direkt
zuordnenden Cache befindet. Da der neu zu ladende Inhalt nur in einer bestimmten
Cache-Zeile gespeichert werden kann, entfällt dabei die Auswahl des zu ersetzenden
Eintrags. Dies ist ein weiterer Grund dafür, weshalb sich direkt zuordnende Caches
deutlich einfacher realisieren lassen als vollassoziative oder die nachfolgend
beschriebenen n-fach-assoziativen Caches.

Nachteilig am direkt zuordnenden Cache ist, dass alternierende Zugriffe auf unter-
schiedliche Speicherbereiche, die im selben Eintrag des Caches gespeichert werden,
laufend zum Neuladen der entsprechenden Cache-Zeile führen (es kommt zu Kolli-
sionen ). Der Cache verliert bei solchen Zugriffsfolgen seine Wirkung. Es ist sogar
möglich, dass ein Programm langsamer bearbeitet wird, als wäre kein Cache vor-