Funciones de Correspondencia en Memoria Caché: Tipos y Estructura

Tipos de Funciones de Correspondencia en Memoria Caché

Las tres funciones de correspondencia más comunes son:

1. Correspondencia Directa
2. Correspondencia Asociativa
3. Correspondencia Asociativa de Conjuntos

A continuación, se detalla cada una de estas funciones, incluyendo su estructura y un ejemplo. En todos los ejemplos se asume lo siguiente:

• Tamaño de la caché: 4 KB
• Transferencia de datos entre memoria principal y caché: bloques de 4 bytes. Esto implica que la caché se organiza en 1024 líneas de 4 bytes cada una.
• Memoria principal: 64 KB, con direccionamiento a nivel de byte mediante direcciones de 16 bits. A efectos de la caché, se considera como una memoria de 16K bloques de 4 bytes cada uno.

Correspondencia Asociativa

Con la correspondencia asociativa, la caché interpreta cada dirección de memoria con solo dos campos:

• Desplazamiento dentro del bloque: Bits menos significativos.
• Número de bloque o etiqueta: Bits más significativos.

Cada bloque de memoria principal tiene una única etiqueta posible, que es su número de bloque. Para determinar si un bloque está en la caché, la lógica de control compara la etiqueta de la dirección generada por la CPU con todas las etiquetas de la caché.

Para agilizar estas comparaciones, cada entrada de la caché posee un comparador. Así, las comparaciones entre la etiqueta de la dirección de memoria y las etiquetas de todas las líneas de la caché se ejecutan en paralelo. Este tipo de memorias se conocen como memorias asociativas.

Este esquema ofrece flexibilidad para ubicar un bloque en cualquier línea de la caché, optimizando el uso del espacio. Un bloque nuevo solo reemplazará a uno existente si todas las líneas están ocupadas. Se evitan así las repetidas expulsiones mutuas de bloques que ocurren con la correspondencia directa. Los algoritmos de sustitución, que se verán más adelante, se diseñan para maximizar la tasa de aciertos.

La desventaja principal de la correspondencia asociativa es el mayor costo debido a la electrónica adicional requerida.