[심화]Ch08. 가상 메모리의 기초_05)캐시 매핑 기법

<쉽게 배우는 운영체제> 교재를 참고하였습니다.

캐시 직접 매핑

캐시 직접 매핑

• 메모리의 블록이 캐시로 올라올 때 항상 같은 위치에 올라옴
• 캐시는 메모리의 어떤 블록에서 올라온 페이지인지만 확인
• CPU가 메모리에 접근하려는 주소 <P, D>는 <tag, bd, D>로 바꿀 수 있고, 원하는 데이터를 캐시에 얻기 위해 <tag, D>를 사용
  • 태그 : 캐시에 블록 번호를 명시하는 것
  • bd^{block distance} : 블록에서의 거리를 의미

캐시 직접 매핑의 예

캐시 직접 매핑

• 현재 캐시의 00 위치에 lion, chicken, tuna, snake 중 어떤 데이터가 올라왔는지 확인하기 위해 캐시에서는 태그를 유지
• 태그는 메모리 주소의 앞 2bit에 해당하는 값으로, 어떤 블록에서 올라온 데이터인지를 나타냄
• CPU가 메모리 워드 1101의 cobra를 필요로 하는 경우 CPU는 캐시의 01 위치(주소의 뒷자리)에 가서 태그가 11인지 확인하는데 태그가 11이므로 캐시 히트
• 0111의 crow가 필요하다면 먼저 캐시의 11 위치로 가서 태그가 01인지 확인하는데 캐시의 11 위치 태그가 현재 00이므로 캐시 미스가 발생하고, CPU는 메모리의 0111로 가서 crow를 가져옴

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캐시 연관 매핑

캐시 연관 매핑

• 메모리 워드가 캐시의 어느 위치에도 자유롭게 올라갈 수 있으므로 캐시가 메모리 워드의 주소를 전부 가지고 있음
• CPU가 특정 주소를 필요로 할 때 캐시에서 검색하여 찾는 경우는 캐시 히트이지만, 찾지 못하면 캐시 미스가 발생하여 메모리에서 원하는 데이터를 가져옴
• 장점 : 캐시 메모리를 자유롭게 사용할 수 있음
• 단점 : 캐시 히트인지, 캐시 미스인지 확인하기 위해 캐시의 모든 주소를 검색해야함

캐시 연관 매핑

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캐시 집합-연관 매핑

캐시 집합-연관 매핑

• 캐시를 K개의 집합으로 나누고 각 집합에 직접 매핑을 사용
• 직접 매핑을 하는 캐시 메모리를 K개로 나눔으로써 같은 끝자리를 가진 캐시 메모리도 K개가 되기 때문에 직접 매핑의 자리다툼 문제가 완화됨
• 집합 내에서 직접 매핑을 사용하기 때문에 바로 캐시 히트 여부를 알 수 있음

캐시 집합-연관 매핑의 예

• 캐시를 2개의 집합(K=2)으로 나누고 하나의 집합에 2개의 페이지를 사용
• 주소 P의 4bit 중 마지막 1bit만 bd를 나타내고 태그는 앞의 3bit
• 주소의 끝이 0인 페이지는 2개의 집합 중 비어 있는 첫 번째 위치에 들어가고, 끝이 1인 페이지는 2개의 집합 중 비어 있는 마지막 위치에 들어감

캐시 집합-연관 매핑