7.4.4.3.3. Кэш-память в МП 80386

Кэш-памятью прототипа является кэш-память прямого отображения объемом 64 Кбайт с 16384 входами. Каждый вход содержит 32 бит данных вместе с 16 бит теговой информации. Длина строки (единица передачи данных между кэш-памятью и ДОЗУ) составляет 32 бит. Десять микросхем памяти включают восемь статических ОЗУ данных с организацией 8К х 8 и два ДОЗУ тегового поля с организацией 8К х 8. Для управления кэш-памятью используются два компаратора и две программируемые логические матрицы. Интерфейс и буферы выполнены на восьми дополнительных логических микросхемах. Биты присутствия не обязательны, так как всегда предполагается, что каждый вход содержит 32-разрядное двойное слово достоверной информации. Подсистема кэш-памяти использует буферизованную сквозную запись для обновления ДОЗУ. Для МП 80386 комбинация кэш-память-ДОЗУ обеспечивает отсутствие тактов ожидания при записи. Процессор использует около четырех тактов ожидания во время кэш-промахов при чтении.

В кэш-памяти прямого отображения каждый элемент в ДОЗУ отображается в один элемент внутри кэш-памяти. Отображение осуществляется путем разделения 30-разрядного физического адреса процессора на две части: 16-разрядный тег и 14-разрядный индекс. Тег соответствует старшему адресу строк (А16-А31), а индекс - младшему адресу строк (А2-А15). Так как каждый элемент ДОЗУ с

Рис. 4.10. Использование аппаратуры кэш-памяти.

одинаковыми значениями А2-А15 отображается в соответствующее место в кэш памяти, то лишь один из этих элементов может быть представлен в кэш-памяти в любой момент времени.

Поля тега и индекса совместно определяют место двойного слова в основной памяти. В дополнение к этому индекс выбирает одно из 16384 мест в кэш-памяти. Самые младшие два бита адреса кодируются так, что становятся доступными все четыре байта слова, бит А31 определяет различия между некэшируемыми адресами ЭППЗУ и кэшируемыми адресами ДОЗУ. Если требуемые данные находятся в кэш-памяти, то чтение может быть выполнено за цикл в 2 такта. В противном случае чтение требует шести тактов. Ключ к успеху в конструировании системы с кэш-памятью лежит в увеличении числа двухтактовых циклов магистрали относительно шеститактовых. Это достигается увеличением объема кэш-памяти с 16 до 64 Кбайт.

Кэш-память использует буферизованную сквозную запись для обновления ДОЗУ. Во время циклов записи новые данные записываются в кэш-память и одновременно в ДОЗУ. При использовании буфера цикл записи в ДОЗУ перекрывается по времени со следующим циклом магистрали. Это перекрытие позволяет выполнить запись только за три такта.

Буферизованная сквозная запись реализована путем отделения режима работы машины с кэш-памятью от режима работы с ДОЗУ. Поскольку как кэш-память, так и ДОЗУ имеют свои собственные контроллеры, то операция с перекрытием этих функций возможна. В режиме работы с кэш-памятью программируемая логическая матрица определяет, когда необходим цикл обращения к памяти, тогда как в режиме работы с ДОЗУ этот запрос проверяется только в случае готовности к запуску нового цикла.