Skalare Prozessoren - Moderne Prozessorarchitekturen: Prinzipien und ihre Realisierungen - page 152

handen, und zwar, weil bei jedem Zugriff nicht nur das benötigte Datum, sondern
eine vollständige Cache-Zeile aus dem Hauptspeicher geladen werden muss.
N-fach assoziativer Cache (n way set associative cache). Die Nachteile des hohen
Realisierungsaufwands vollassoziativer Caches einerseits und die häufigen Kollisio-
nen, die bei Zugriffen auf einen direkt zuordnenden Cache auftreten können ande-
rerseits, lassen sich durch einen Kompromiss vermeiden. Der n-fach assoziative
Cache besteht im Prinzip aus n im Verbund arbeitenden, einzelnen, direkt zuordnen-
den Caches. Bemisst man den Realisierungsaufwand von Caches anhand der Menge
der benötigten Vergleicher, so werden beim n-fach assoziativen Cache unabhängig
von der Zeilenanzahl n Vergleicher benötigt, im Gegensatz zu einem einzelnen Ver-
gleicher beim direkt zuordnenden und einer der Zeilenanzahl entsprechenden
Menge von Vergleichern beim vollassoziativen Cache.
Da bei einem Zugriff n alternative sog. Wege ( ways ) zur Verfügung stehen, sinkt mit
der Anzahl der realisierten Wege außerdem die Wahrscheinlichkeit, mit der Kollisi-
onen auftreten. Die Struktur eines 2-fach assoziativen Caches ist in Bild 2.61 darge-
stellt. Abgesehen davon, dass für beide Wege nur ein Decoder (a) benötigt wird, die
einzelnen Hit-Signale durch ein Oder-Gatter zusammengeführt werden (b) und der
Zugriff über einen zusätzlichen Multiplexer erfolgt (c), handelt es sich tatsächlich
um zwei nebeneinander realisierte, direkt zuordnende Caches, wie sich durch Ver-
gleich mit Bild 2.60 leicht feststellen lässt.

31 0

Adresse Ta g Index Width

h

i

24 5 3 2

d

1. Way 2. Way

Ta g V Line Ta g V

0
1

31

8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8

a

≡ ≡

AND AND

e g

f

OR

b

8, 16, 32, 64

c

Hit Data

Bild 2.61. Struktur eines 2-fach assoziativen Caches mit 32 Sätzen bestehend aus zwei Zeilen zu je
acht Byte. Deutlich zu erkennen ist, wie hier zwei direkt zuordnende Caches nebeneinander ange-
ordnet sind (vergleiche Bild 2.60)

Zur Funktion: Mit Hilfe des sog. Satzindex (d) wird ein aus zwei Zeilen bestehender
Satz (set) indiziert. Statt sechs Bit für die Zeilenauswahl in Bild 2.60 werden hier
nur fünf Bit benötigt, weil bei gleicher Gesamtkapazität in einem Weg nur halb so
viele Einträge enthalten sein dürfen (32 statt 64 wie in Bild 2.60). Nach Auswahl