Прямое распределение
При прямом распределении место хранения строк в кэш-памяти однозначно определяется по адресу строки.
Структура кэш-памяти показана на рис. 4.5.
Рис.4.5. Структура кэш-памяти с прямым распределением
Адрес основной памяти состоит из 14-разрядного адреса строки и 4-разрядного адреса слова внутри этой строки. Адрес строки подразделяется на тег (старшие 7 бит) и индекс (младшие 7 бит).
Для того, чтобы поместить в кэш-память строку из основной памяти с адресом bn, выбирается область внутри кэш-памяти с адресом be, который равен 7 младшим битам адреса строки bn. Преобразование из bn в Ьс сводится только к выборке младших 7 бит адреса строки. По адресу be в кэш-памяти может быть помещена любая из 128 строк основной памяти, имеющих адрес, 7 младших битов которого равны адресу be. Для того чтобы определить, какая именно строка хранится в данное время в кэш-памяти, используется память ёмкостью 7 бит х 128 слов, в которую помещается по соответствующему адресу в качестве тега 7 старших битов адреса строки, хранящейся в данное время по адресу be кэш-памяти. Это специальная память, называемая теговой памятью. Память, в которой хранятся строки, помещенные в кэш, называются памятью данных. В качестве адреса теговой памяти используются младшие 7 битов адреса строки.
Из теговой памяти считывается тег. Параллельно этому осуществляется доступ к памяти данных с помощью 11 младших битов адреса основной памяти (используется 7 разрядов индекса и 4 разряда адреса слова внутри строки). Если считанный из теговой памяти тег и старшие 7 бит адреса основной памяти совпадают, то это означает, что данная строка существует в памяти данных, т.е. осуществляется кэш-попадание.
Если тег отличается от старших 7 бит (кэш-промах), то из основной памяти считывается соответствующая строка, а из кэш-памяти удаляется строка, определяемая 7 младшими разрядами адреса строки, и на его место помещается строка, считанная из основной памяти. Осуществляется также обновление соответствующего тега в теговой памяти.
Способ прямого распределения реализовать довольно просто, однако из-за того, что место хранения строки в кэш-памяти однозначно определяется по адресу строки, вероятность сосредоточения областей хранения строк в некоторой части кэш-памяти высока, т.е. замены строк будут происходить довольно часто. В такой ситуации эффективность кэш-памяти заметно снижается.
