GRABS Übungsaufgaben Arbeitsspeicher und Caches Vollassoziative Caches

Vollassoziative Caches

In dieser Aufgabe geht es um vollassoziative Caches (en. fully associative). Die Adressierung erfolgt wortweise. Unser System nutzt 64-Bit-Adressen.

Diese Aufgabe stammt aus Kapitel 5.3 von "Computer Organization and Design. The Hardware/Software Interface. RISC-V Edition" (Patterson & Hennessy, 2018).

a)

Level 3: Anwenden

Konstruieren Sie gedanklich einen vollassoziativen Cache mit Ein-Wort-Blöcken, der eine Kapazität von acht Worten hat. Wie viele Cache-Zeilen gibt es und wie breit sind sie? Wie viele Bits werden für Tag, Index und Offset benötigt?

Lösung

Aufbau des Caches:
- ein Wort je Block
- vollassoziativ, darum alle Blöcke in einer Zeile
Aufbau der Adressen:
- ein Wort je Block → kein Offset
- vollassoziativ → kein Index
- somit entspricht der Tag der Binäradresse

b)

Level 3: Anwenden

Vollziehen Sie die Funktionsweise des Caches aus Aufgabe 3c nach. Nehmen Sie als Ersetzungsstrategie „Least Recently Used“ (LRU) an. Identifizieren Sie für jede Referenz

die binäre Wortadresse,
den Tag,
den Index und
den Offset.

Geben Sie weiterhin an,

ob es sich um einen Hit oder einen Miss handelt und
welchen Inhalt der Cache nach der Behandlung des Zugriffs hat.

Hinweis: Zur eigenen Orientierung können die Adressen der im Cache gespeicherten Daten nach dem letzten Zugriff sortiert angegeben werden.

	Binäradresse	Hit?	Adressen im Cache
`0x03`	`0000.0011`
`0xb4`	`1011.0100`
`0x2b`	`0010.1011`
`0x02`	`0000.0010`
`0xbe`	`1011.1110`
`0x58`	`0101.1000`
`0xbf`	`1011.1111`
`0x0e`	`0000.1110`
`0x1f`	`0001.1111`
`0xb5`	`1011.0101`
`0xbf`	`1011.1111`
`0xba`	`1011.1010`
`0x2e`	`0010.1110`
`0xce`	`1100.1110`

Nutzen Sie für diese Aufgabe die folgende Sequenz von Worten:

0x03, 0xb4, 0x2b, 0x02, 0xbe, 0x58, 0xbf, 
0x0e, 0x1f, 0xb5, 0xbf, 0xba, 0x2e, 0xce

Lösung

	Binäradresse	Hit?	Adressen im Cache
`0x03`	`0000.0011`	Miss	0x03
`0xb4`	`1011.0100`	Miss	0x03, 0xb4
`0x2b`	`0010.1011`	Miss	0x03, 0xb4, 0x2b
`0x02`	`0000.0010`	Miss	0x03, 0xb4, 0x2b, 0x02
`0xbe`	`1011.1110`	Miss	0x03, 0xb4, 0x2b, 0x02, 0xbe
`0x58`	`0101.1000`	Miss	0x03, 0xb4, 0x2b, 0x02, 0xbe, 0x58
`0xbf`	`1011.1111`	Miss	0x03, 0xb4, 0x2b, 0x02, 0xbe, 0x58, 0xbf
`0x0e`	`0000.1110`	Miss	0x03, 0xb4, 0x2b, 0x02, 0xbe, 0x58, 0xbf, 0x0e
`0x1f`	`0001.1111`	Miss	0xb4, 0x2b, 0x02, 0xbe, 0x58, 0xbf, 0x0e, 0x1f
`0xb5`	`1011.0101`	Miss	0x2b, 0x02, 0xbe, 0x58, 0xbf, 0x0e, 0x1f, 0xb5
`0xbf`	`1011.1111`	Hit	0x2b, 0x02, 0xbe, 0x58, 0x0e, 0x1f, 0xb5, 0xbf
`0xba`	`1011.1010`	Miss	0x02, 0xbe, 0x58, 0x0e, 0x1f, 0xb5, 0xbf, 0xba
`0x2e`	`0010.1110`	Miss	0xbe, 0x58, 0x0e, 0x1f, 0xb5, 0xbf, 0xba, 0x2e
`0xce`	`1100.1110`	Miss	0x58, 0x0e, 0x1f, 0xb5, 0xbf, 0xba, 0x2e, 0xce

Lernziele

In dieser Aufgabe …

wiederholen die Studierenden den Aufbau vollassoziativer Caches.
leiten die Studierenden aus gegebenen Anforderungen einen Cache-Entwurf ab.
simulieren die Studierenden die Funktionsweise des Caches.