使用 TLB 设计虚拟内存

Question

我遇到了以下问题，我不确定如何解决：

考虑一个具有以下属性的虚拟内存系统：

· 35 位虚拟地址

· 16 KB 页面

· 32位物理地址

假设这个虚拟内存系统是用一个 八路组关联 TLB。 TLB共有256个TLB条目， 每个 TLB 条目代表一个虚拟到物理页号 翻译。

64 KB 数据缓存是一种双向组关联缓存。数据 缓存的块大小为 128 字节。

使用以某种方式绘制的图形显示虚拟到物理的映射 类似于下图（但需要进行所有必要的更改 用于 TLB 和本题中指定的数据缓存）。

指定所有进出的字段和信号的宽度（如 以及由 TLB 和数据缓存完成的比较次数 每个内存地址。

我对如何计算一些参数有点想法，但除此之外，我迷路了。

例如，由于虚拟地址是 35 位宽，我知道我有 2^35 个可能的虚拟地址。

由于我有 16KB 页面 (16*1KB = 2^4 * 2^10 = 2^14KB)，我知道我必须有 (3^35)/(2^14) = 2^21 个页表条目.

最后，我知道我的缓存大小是 64 * 1KB = 2^16 字节的缓存。

但是在这些步骤之后我迷路了。任何帮助将不胜感激。

Answer 1

页偏移由页内寻址的位组成，TLB 不翻译。对于 16 KiB 页面，页面偏移量为 14 位。

对于 35 位的虚拟地址，这会留下 21 位来索引 TLB 中的集合并标记该集合中的条目。由于 TLB 有 256 个条目，每个集合有 8 个条目（8 路关联），因此有 32 个集合，需要 5 位来索引一个集合。这为标签留下了 16 位。

物理页号的大小等于物理地址的大小减去页偏移量的大小：32 - 14 = 18 位。

说明既不是直接映射也不是完全关联的 TLB 比示例完全关联的 TLB 更复杂，因为这样会增加集合索引的维度。这可以通过覆盖方式来处理，以便一种方式（索引维度）完全可见。这是一个 4 路结构的 ASCII 艺术版本，每路 8 个条目：

               +----------+----------+
             +----------+----------+ |  
           +----------+----------+ |-+
         +----------+----------+ |-+ |
         |          |          |-+ |-+
         +----------+----------+ |-+ |
         |          |          |-+ |-+
         +----------+----------+ |-+ |
         |          |          |-+ |-+
         +----------+----------+ |-+ |
         |          |          |-+ |-+
         +----------+----------+ |-+ |
         |          |          |-+ |-+
         +----------+----------+ |-+ |
         |          |          |-+ |-+
         +----------+----------+ |-+ |
         |          |          |-+ |-+
         +----------+----------+ |-+
         |          |          |-+
         +----------+----------+

对于 32 个集合，可能希望使用省略号 (...) 来表示其中的大部分。类似地，省略号可用于暗示某个方式内的条目（而不是必须绘制数百个条目）。

对于缓存，假设访问 4 字节，字节偏移量将是 2 位。块偏移用于索引缓存块内的 4 字节块。对于 128 字节的缓存块，索引特定字节需要 7 位，因此索引 4 字节块只需 5 位。

2 路关联 64 KiB 将有 32 KiB 在每个路。对于 128 字节的缓存块，这意味着每路将有 256 个块，因此需要 8 位物理地址（超出块和字节偏移量）来索引特定集（每路内的缓存块）。这是缓存索引。

给定一个 32 位物理地址、8 位缓存索引、5 位块偏移和 2 位字节偏移，标签将是 17 位 (32 - 8 - 5 - 2)。