T44 TLB Cache 混合的虚拟存储

T43_TLB_Cache_混合组相联结构

T43 TLB Cache 混合组相联结构

• 虚拟地址
  • 虚页号: TLB 不关心页内偏移，只需根据组号 - 标记找到页表项，判断是否有效，并返回页框号即可
    • TLB Tag：组相联的 Tag 字段
    • TLB 索引：组相联的组号, 若共有 $m$ 组，则需要 ${\log }_{2}m$ 位
  • 页内偏移
• 物理地址: 两种分法，不一定是位对齐的。
  • 按页分：页框号 + 页内偏移
  • 按 cache 数据块分：cache Tag + cache 组号 + 块内偏移
    • Cache 组号：若共有 $n$ 组，则需要 ${\log }_{2}n$ 位
    • 块内偏移：若每块有 $b$ 字节，则需要 ${\log }_{2}b$ 位
• 根据虚拟地址找到对应的物理地址的过程
  • 找到物理地址
    1. 根据虚拟地址的TLB 索引找到对应的组
    2. 在该组内比较TLB Tag，找到对应的页表项
    3. 判断页表项是否有效，若有效则取出页框号
    4. 将页框号与页内偏移组合成物理地址
  • 根据物理地址访问 Cache
    1. 根据物理地址的Cache 组号找到对应的组
    2. 在该组内比较Cache Tag，找到对应的数据块
    3. 判断数据块是否有效，若有效则取出数据
  • 返回数据块中块内偏移对应的数据

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• 虚拟地址访存
  • TLB 查找：首先在 TLB 中查找虚拟页号，若命中则直接获取对应的物理页框号。
    • 页表查找：若 TLB 未命中，则访问页表获取物理页框号，并将该映射加载到 TLB 中以加速后续访问。
  • 拼接物理地址：将物理页框号与页内偏移拼接，得到完整的物理地址。
  • Cache 查找：使用物理地址在 Cache 中查找数据，若命中则直接返回数据。
    • 主存访问：若 Cache 未命中，则访问主存获取数据，并将该数据加载到 Cache 中以加速后续访问。
  • 返回数据：将数据返回给 CPU。