1. Memoria Caché: Funciones de Correspondencia

2. Objetivos
 Entender el modo de operación de las distintas
funciones de correspondencia utilizadas en las
memorias caché
 Entender como cada función mapea las direcciones de
la memoria principal en la memoria caché
 Entender las ventajas y desventajas de cada función de
correspondencia
Objetivos
2 Arquitectura de Computadores

3. Indica la forma como mapeo los bloques de
memoria principal en las líneas de la memoria
caché
Arquitectura de Computadores3
 Determina donde guardar un bloque
 Determina donde buscar un dato
 Permite determinar qué bloque hay en cada línea
Memoria Caché
Función de Correspondencia

4. Arquitectura de Computadores4
 Correspondencia Directa (directly mapped)
 Correspondencia Asociativa (fully associative)
 Correspondencia Asociativa por conjuntos (N-way
associative)
Funciones de Correspondencia
Tipos de Correspondencia

5. Arquitectura de Computadores5
Correspondencia Directa
(directly mapped)
Funciones de Correspondencia

6. Arquitectura de Computadores6
 Correspondencia Directa (directly mapped)
 Mapea a priori
 Cada bloque tiene asociada una línea de la caché
Correspondencia Directa

7. Arquitectura de Computadores7
 Ej. 1000 alumnos: 0-999
 Cada uno se estaciona en el
estacionamiento determinado
por sus últimos 2 dígitos del
número de alumno.
Correspondencia Directa
00
01
02
13
14
15
62
63
64
82
83
84
85
96
97
98
99

8. 00
01
02
13
14
15
62
63
64
82
83
84
85
96
97
98
99
Arquitectura de Computadores8
 Ej. 1000 alumnos: 0-999
 Cada uno se estaciona en el
estacionamiento determinado
por sus últimos 2 dígitos del
número de alumno.
Correspondencia Directa
 Llega alumno 814
 Se estaciona en 14

9. 00
01
02
13
14
15
62
63
64
82
83
84
85
96
97
98
99
Arquitectura de Computadores9
 Ej. 1000 alumnos: 0-999
 Cada uno se estaciona en el
estacionamiento determinado
por sus últimos 2 dígitos del
número de alumno.
Correspondencia Directa
 Llega alumno 764
 Se estaciona en 64

10. 00
01
02
13
14
15
62
63
64
82
83
84
85
96
97
98
99
 Llega alumno 102
 Se estaciona en 02
Arquitectura de Computadores10
 Ej. 1000 alumnos: 0-999
 Cada uno se estaciona en el
estacionamiento determinado
por sus últimos 2 dígitos del
número de alumno.
Correspondencia Directa

11. 00
01
02
13
14
15
62
63
64
82
83
84
85
96
97
98
99
Arquitectura de Computadores11
Correspondencia Directa
 Queremos ir a buscar el auto
del alumno 683
 ¿Cómo sabemos si el auto
del estacionamiento 83 es el
de él?
 Necesitamos almacenar
información extra que indique
que auto es el que está en
cada estacionamiento.

12. 00
01
02
13
14
15
62
63
64
82
83
84
85
96
97
98
99
Arquitectura de Computadores12
Correspondencia Directa
TAG
 Queremos ir a buscar el auto
del alumno 683
 ¿Cómo sabemos si el auto
del estacionamiento 83 es el
de él?
 Necesitamos almacenar
información extra que indique
que auto es el que está en
cada estacionamiento.

13. 82
83
84
85
6
00
01
02
13
14
15
62
63
64
96
97
98
99
Arquitectura de Computadores13
 ¿Qué guardo?
 El dígito de las centenas
 El resto determinado por número de
n° estacionamiento
Correspondencia Directa
TAG
8
7
1
9
5
 Entonces el auto guardado en
83 no corresponde al 683
sino al 583.
 Hay que ir a buscar el auto
683 fuera del campus y
actualizar el tag.

14. 82
83
84
85
6
00
01
02
13
14
15
62
63
64
96
97
98
99
Arquitectura de Computadores14
 ¿Si quiero el auto del alumno
963?
 Voy a 63 y leo el tag.
 El auto es el que busco.
Correspondencia Directa
TAG
8
7
1
9

15. Arquitectura de Computadores15
Correspondencia Directa
Memoria Cache
00
01
10
11
 Cada línea de caché corresponde a un “estacionamiento” .
 Cada bloque de la memoria principal se asocia a una línea
particular.
 Ej.Memoria principal de 256 bytes, caché de 8 bytes, bloques de 2
bytes.
 Memoria Principal = 128 bloques
 Caché = 4 líneas

16. 0000 0000
0000 0001
0000 0010
0000 0011
0000 0100
0000 0101
0000 0110
0000 0111
Arquitectura de Computadores16
Correspondencia Directa
 Cada línea de caché corresponde a un “estacionamiento” .
 Cada bloque de la memoria principal es asociada a una línea
particular.
 Ej.Memoria principal de 256 bytes, caché de 8 bytes, bloques de 2
bytes,
Determina el byte
dentro del bloque
o de la línea
0
1
0
1
0
1
0
1

17. Arquitectura de Computadores17
Correspondencia Directa
 Cada línea de caché corresponde a un “estacionamiento” .
 Cada bloque de la memoria principal es asociada a una línea
particular.
 Ej.Memoria principal de 256 bytes, caché de 8 bytes, bloques de 2
bytes,
0000 0000
0000 0001
0000 0010
0000 0011
0000 0100
0000 0101
0000 0110
0000 0111
Determina la línea
de la caché
00
00
01
01
10
10
11
11

18. Arquitectura de Computadores18
Correspondencia Directa
 Cada línea de caché corresponde a un “estacionamiento” .
 Cada bloque de la memoria principal es asociada a una línea
particular.
 Ej.Memoria principal de 256 bytes, caché de 8 bytes, bloques de 2
bytes,
Tag asociado a la
dirección
0000 0000
0000 0001
0000 0010
0000 0011
0000 0100
0000 0101
0000 0110
0000 0111
0000 0
0000 0
0000 0
0000 0
0000 0
0000 0
0000 0
0000 0

19. Arquitectura de Computadores19
Correspondencia Directa
 ¿Qué pasa si duplicamos la memoria principal?
 El tag aumenta en un bit
Tag asociado a la
dirección
0
0
0
0
0
0
0
0
0000 0000
0000 0001
0000 0010
0000 0011
0000 0100
0000 0101
0000 0110
0000 0111
0000 0
0000 0
0000 0
0000 0
0000 0
0000 0
0000 0
0000 0

20. Arquitectura de Computadores20
Correspondencia Directa
 ¿Qué pasa si duplicamos la cantidad de líneas de la caché?
 Los bits que determinan las líneas aumentan en 1
 El tag se reduce en un bit
Determina la línea
de la caché
0000 0000
0000 0001
0000 0010
0000 0011
0000 0100
0000 0101
0000 0110
0000 0111
00
00
01
01
10
10
11
11
0
0
0
0
0
0
0
0

21. Arquitectura de Computadores21
Correspondencia Directa
 ¿Qué pasa si duplicamos el tamaño de las líneas?
 Índice del byte en el bloque o línea aumenta en un bit
 Bit de la línea se mantiene, pero se desplaza.
 Tag se reduce en 1
Determina el byte
dentro del bloque
o de la línea
0000 0000
0000 0001
0000 0010
0000 0011
0000 0100
0000 0101
0000 0110
0000 0111
00
00
01
01
10
10
11
11
0
1
0
1
0
1
0
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1

22. Arquitectura de Computadores22
Correspondencia Directa
 Ventajas
 Tag pequeño (menos memoria extra)
 Muy rápidas
 No requieren políticas de reemplazo
 Lógica simple
 Desventajas
 Poca eficiencia en el uso del espacio
 Puedo sobrescribir datos aún cuando hay lugares libres
 Muchas colisiones

23. Arquitectura de Computadores23
Correspondencia Directa
 Ej.
 Memoria principal de 2 Mb
 2 * 220  21 bits.
 Caché de 64 Kb
 Línea de 4 bytes
 64Kb / 4b = 16K_líneas
 24 * 210  14 bits
 Para una dirección cualquiera
A20 A19 A18 A17 A16 A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0
Índice
del
byte
LíneaTag

24. Arquitectura de Computadores24
Correspondencia Asociativa
(fully associative)
Funciones de Correspondencia

25. Arquitectura de Computadores25
 Correspondencia Asociativa (fully associative)
 Mapea en forma dinámica
 Cada bloque puede estar en cualquier línea
Correspondencia Asociativa

26. Arquitectura de Computadores26
 Ej. 1000 alumnos: 0-999
 Cada uno se estaciona en el
primer estacionamiento libre.
00
01
02
13
14
15
62
63
64
82
83
84
85
96
97
98
99
Correspondencia Asociativa

27. 00
01
02
13
14
15
62
63
64
82
83
84
85
96
97
98
99
Arquitectura de Computadores27
 Llega alumno 814
Correspondencia Asociativa
 Ej. 1000 alumnos: 0-999
 Cada uno se estaciona en el
primer estacionamiento libre.

28. 00
01
02
13
14
15
62
63
64
82
83
84
85
96
97
98
99
Arquitectura de Computadores28
 Ej. 1000 alumnos: 0-999
 Cada uno se estaciona en el
primer estacionamiento libre.
 Llega alumno 764
Correspondencia Asociativa

29. 00
01
02
13
14
15
62
63
64
82
83
84
85
96
97
98
99
 Llega alumno 102
Arquitectura de Computadores29
Correspondencia Asociativa
 Ej. 1000 alumnos: 0-999
 Cada uno se estaciona en el
primer estacionamiento libre.

30. 00
01
02
13
14
15
62
63
64
82
83
84
85
96
97
98
99
Arquitectura de Computadores30
 Queremos ir a buscar el auto
del alumno 683
 ¿Cómo sabemos donde
está?
Correspondencia Asociativa
00
01
02
13
14
15
62
63
64
82
83
84
85
96
97
98
99
TAG
814
764
102
 ¿Qué almacenamos en el
tag?
 Todo el n° de alumno

31. 00
01
02
13
14
15
62
63
64
82
83
84
85
96
97
98
99
Arquitectura de Computadores31
TAG
 ¿Qué pasa si se llena el
estacionamiento?
 Al llegar un nuevo auto,
sacamos alguno conforme a
alguna política
Correspondencia Asociativa
814
764
102

32. Arquitectura de Computadores32
Memoria Cache
00
01
10
11
 Cualquier bloque de memoria principal puede estar en cualquier
línea de la caché
 Ej. Memoria principal de 256 bytes, caché de 8 bytes, bloques de 2
bytes.
 Memoria Principal = 128 bloques
 Caché = 4 líneas
Correspondencia Asociativa

33. Arquitectura de Computadores33
 Cualquier bloque de memoria principal puede estar en cualquier
línea de la caché
 Ej. Memoria principal de 256 bytes, caché de 8 bytes, bloques de 2
bytes.
 Memoria Principal = 128 bloques
 Caché = 4 líneas
Correspondencia Asociativa
Determina el byte
dentro del bloque
o de la línea
0000 0000
0000 0001
0000 0010
0000 0011
0000 0100
0000 0101
0000 0110
0000 0111
0
1
0
1
0
1
0
1

34. Arquitectura de Computadores34
 Cualquier bloque de memoria principal puede estar en cualquier
línea de la caché
 Ej. Memoria principal de 256 bytes, caché de 8 bytes, bloques de 2
bytes.
 Memoria Principal = 128 bloques
 Caché = 4 líneas
Correspondencia Asociativa
0000 0000
0000 0001
0000 0010
0000 0011
0000 0100
0000 0101
0000 0110
0000 0111
Tag asociado a la
dirección
0
1
0
1
0
1
0
1

35. Arquitectura de Computadores35
Correspondencia Asociativa
 Ventajas
 Uso eficiente de la memoria (100%)
 Desventajas
 Tag muy grande.
 Requiere politicas de reemplazo
 Requiere almacenar información adicional para las políticas
de reemplazo.
 Es muy caro determinar qué bloque está en cada línea
 Búsqueda puede ser muy lenta si la caché aumenta de tamaño
O(n).
 Ó muy cara electrónicamente si se usa búsqueda en paralelo.

36. Arquitectura de Computadores36
Correspondencia Asociativa por conjuntos
(N-way associative)
Funciones de Correspondencia

37. Arquitectura de Computadores37
 Correspondencia Asociativa por conjuntos (N-way
associative)
 Mezcla de la correspondencia directa y asociativa
Correspondencia Asociativa por Conjuntos

38. Arquitectura de Computadores38
 Ej. 1000 alumnos: 0-999
00
01
02
13
14
15
62
63
64
82
83
84
85
96
97
98
99
Correspondencia Asociativa por Conjuntos
 Las 100 entradas se dividen
en 10 grupos de 10.
 El grupo donde se estaciona
alguien depende del último
dígito de su n° de alumno
(~directly mapped)
 Dentro del grupo se estaciona
donde mejor le parezca
(~fully-associative)

39. Arquitectura de Computadores39
Memoria Cache
00
01
10
11
 Ej. 2 vías.
 Memoria Principal = 128 bloques
 Caché = 4 líneas
Correspondencia Asociativa por Conjuntos
Las vías indican la cantidad de líneas
por conjunto… NO LA CANTIDAD DE
CONJUNTOS

40. Arquitectura de Computadores40
 Ej. 2 vías.
 Memoria Principal = 128 bloques
 Caché = 4 líneas
Correspondencia Asociativa por Conjuntos
Determina el byte
dentro del bloque
o de la línea
0000 0000
0000 0001
0000 0010
0000 0011
0000 0100
0000 0101
0000 0110
0000 0111
0
1
0
1
0
1
0
1

41. Arquitectura de Computadores41
 Ej. 2 vías.
 Memoria Principal = 128 bloques
 Caché = 4 líneas
Correspondencia Asociativa por Conjuntos
Determina el
conjunto de la
memoria cache
0000 0000
0000 0001
0000 0010
0000 0011
0000 0100
0000 0101
0000 0110
0000 0111
0
0
1
1
0
0
1
1

42. Arquitectura de Computadores42
 Ej. 2 vías.
 Memoria Principal = 128 bloques
 Caché = 4 líneas
Correspondencia Asociativa por Conjuntos
Tag asociado a la
dirección
0000 0000
0000 0001
0000 0010
0000 0011
0000 0100
0000 0101
0000 0110
0000 0111
0
0
1
1
0
0
1
1
0
1
0
1
0
1
0
1

43. Arquitectura de Computadores43
 Ventajas
 Tag más pequeño que en fully – associative, pero más grande
que Directly – Mapped
 Permite mayor eficiencia en el uso de la memoria por la
flexibilidad.
 Búsqueda dentro del conjunto es más rápida.
Correspondencia Asociativa por Conjuntos

44. Arquitectura de Computadores44
 Ej, 4 vías.
 Memoria Principal de 1Kb  210
 10 bits
 Líneas de 2 bytes
 1 bit para especificar línea
 Caché de 64 bytes  64 / 2 bytes por línea = 32 líneas.
 32 líneas / 4 vías = 8 conjuntos.
 3 bits para especificar conjunto.
 ¿ En que direcciones de la caché podría estar el dato
almacenado en la dirección 1101100111 ?
Correspondencia Asociativa por Conjuntos

45. Arquitectura de Computadores45
Correspondencia Asociativa por Conjuntos
Memoria Caché
00h
01h
02h
03h
04h
05h
06h
07h
08h
1Bh
1Ch
1Dh
1Eh
1Fh
 Conjunto 0 : líneas 0 – 3
 Conjunto 1 : líneas 4 – 7
 Conjunto 2 : líneas 8 – 11
 …
 Conjunto n :
líneas N*n  N*n + N-1
 Ej, 4 vías.
¿ En que dirección de la caché podría estar el
dato almacenado en la dirección 1101100111 ?
1101100111
conjunto 3
byte 1
 Línea 0 : direcciones 0 – 1
 Línea 1 : direcciones 2 – 3
 …
 Línea n : direcciones 2*n +
2*n+1
 Conjunto 3 : líneas 12 -15
Línea 12 : direcciones 24 - 25
13 : 26 - 27
14 : 28 - 29
15 : 30 - 31