컴퓨터 구조 5_Cache Memory

 

Read Hit 
해당 데이터를 캐시에서 읽는 것
Read Misses
아무것도 할 수 없으므로 메모리로부터 블럭을 fetch해와서 cache로 저장한 후 다시 시작한다.
Stall the CPU 되기 때문에 메모리의 데이터를 기다리면서 freezing 해 놓는다. CPU가 일에 관여하는 것이 아니라 메모리의 데이터를 캐시로 가져온다. 저장한 후 에 다시 Execution을 하라는 절차를 밟게 된다. 4장에서 사용했던 Pipleine이 Cache로 대체될 수 있다. Instruction Cache와 Data Cache를 따로 두고 사용을 하면 될 것이다. 즉, Instruction Memor 와 Data Memory가 따로 존재하는 것이 아니라 Cache가 따로 존재하는 것이다(4장에서 풀지 못했던 의문이 여기서 풀림)

 

Instruction Cache와 Data Cache의 공통점은 2,3,4 번이다.
한 가지 차이점이 있다면 Instruciton의 경우 PC의 값을 4만큼 감소시켜야 한다. PC의 값을 통해서 Istruction을 가져오려고 할 때 동시에 4가 증가하게 되지만 Miss가 있는 경우 stall되고 다시 Instruction을 가져와야 하는데 그 전에 Access가 아닌 4가 증가된 값이 존재하므로 4만큼 다시 감소시키고 가져와야 하기 때문이다.

 원하는 데이터가 없어서 데이터를 가져오게 되는데 기존에 있던 데이터 값은 어떻게 처리해야 하는가?

선택은 두 가지이다. 기존에 있던 것을 메모리에 저장할 것 인가 아니면 버릴 것인가의 선택이 있을 것이다.

 

이것은 쓰기 Write를 할 때 달라진다.
1. Write Through
Data Cache가 0에서 1로 바뀌면 그 값을 메모리에서도 0에서 1로 바꿔줘야 하는 것이다.
Both the block in the cache and the main memory.
이런 경우의 Cache의 값과 메모리의 값이 항상 일치한다.
miss의 경우 읽으려고 할 때 원하는 값이 아닌 경우 새로운 데이터를 가져와야 하는데 Cache의 값과 메모리의 값이 일치하므로 무시하고 새로운 값을 그냥 overwrite 하기만 하면 된다. 읽으려고 할 때 miss의 경우 빠르다(*****) 단점은 캐시에 쓰려고 할 때 메모리에도 써야 한다는 점이다. 

 

 

Write Through
00100의 Block을 access하려고 하는 상황에서 Cache의 100의 위치로 가서 12라는 값을 쓰게 된다. 메모리에도 역시
00100에 해당하는 곳의 값도 12로 써준다.  11100이라는 주소에 access하려면 일단 miss가 나고 11100 메모리의 값을
가져오고 15를 가져온 후 11이라고 Tag를 바꿔준다.

 

Write Back
프로세서가 캐시에 값을 쓸 때 메모리는 두고 캐시만 쓰는 경우이다. coherence하지 않은 것. 일치하지 않다는 것이고
캐시의 데이터와 메모리의 데이터가 일치하지 않는다.

clean한가?
처음에 값을 가져온 다음에 Cache의 값을 다른 값으로 바꿨는지의 유무를 말하는 것이다. 값이 변화가 없는 경우 clean의 경우 일치하기 때문에 update할 필요가 없다. 다시 말해 일치한다는 것은 캐시의 데이터와 메모리의 데이터가 동일하기 때문에 새로운 block을 읽어오는 경우 기존의 있던 데이터를 메모리로 다시 write할 필요가 없다는 것이다.
dirty한가?
값의 변화가 있는 경우 새로운 block을 불러왔을 때 기존에 있던 데이터 값을 메모리에 적어줘야 한다.

 

 

그러므로 writeback 에서는 Dirty bit 1bit가 존재한다.

 

Write Through의 장점
miss가 일어났을 때 캐시와 메모리의 값이 같으므로 update할 필요가 없다
Write Back의 장점
메모리에 쓸 필요가 없어서 시간이 절약된다.
캐시에 쓸 때마다 Write buffer에도 쓰는데 Processor가 메모리에 쓰는 것 까지 상관하지 않고 메모리 컨트롤러가 Write buffer의 값을 메모리에 적어주는 것이고 프로세서가 허드렛일을 하는 것까지 관여하지 않는다. 다른 애가 write buffer의 값을 메모리에 적는 일에 관여한다. 

 

일반적으로 Write back의 Performance가 Write Through보다 낫다고 할 수 있다.