Tlb in computer architecture

======== START LECTURE #23 ======== Translation Lookaside Buffer (TLB) A TLB is a cache of the page table • Needed because otherwise every memory reference in the program would require two memory references, one to read the page table and one to read the requested memory word. • Typical TLB parameter values • Size: hundreds of entries. • Block size: 1 entry. • Hit time: 1 cycle. • Miss time: tens of cycles. • Miss rate: Low (1), TLBs paging, and segmentation, the question is interesting and there are several algorithms, e.g., LRU, Random, Belady min, FIFO, etc. • See question 3, below. Question 2: How is a block found? Associativity Location method Comparisons Required Direct mapped Index 1 Set Associative Index the set, search among elements Degree of associativity Full Search all cache entries Number of cache blocks Separate lookup table 0 Typical sizes and costs Feature Typical values for caches Typical values for demand paging Typical values for TLBs Size 8KB-8MB 16MB-2GB 256B-32KB Block size 16B-256B 4KB-64KB 4B-32B Miss penalty in clocks 10-100 1M-10M 10-100 Miss rate .1%-10% .000001-.0001% .01%-2% The difference in sizes and costs for demand paging vs. caching, leads to different algorithms for finding the block. Demand paging always uses the bottom row with a separate table (page table) but caching never uses such a table. • With page faults so expensive, misses must be reduced as much as possible. Hence full associativity is used. • With such a large associativity...

TLB‏ Translation Lookaside Buffer ובמילים אחרות, מטמון עם שם חגיגי במיוחד. התקורה שיוצר ה-mmu די ברורה. יש גישות עודפות לזיכרון כדי לתרגם כתובת וירטואלית לכתובת פיזית. מספר הגישות העודפות הוא כמספר הרמות בטבלת התירגום. כדי להקטין את התקורה מוסיפים מטמון מיוחד שנמצא בתוך ה-mmu. להזכירנו, מטמון הוא מילון הממומש בחומרה. במקרה של ה-TLB המפתח הוא מספר דף וירטואלי והתוכן הוא כניסה מטבלת התירגום בתנאי שהכניסה היא וולידית. כלומר ב-TLB יש רק תירגומים "מוצלחים". התנהגות ה-mmu היא די כצפוי. בקבלת כתובת וירטואלית לתירגום, יחולץ ממנה מספר הדף הוירטואלי. מספר הדף הוירטואלי ישמש כמפתח לחיפוש מהיר ב-TLB, כמו שלמדנו בפרק על המטמון. אם נמצא שם מספר הדף, אזי יש לנו את הכניסה מטבלת התירגום ואפשר לדעת מה המספר דף הפיזי (והדגלים), ואז אפשר לתרגם את הכתובת. אם מספר הדף הוירטואלי לא נמצא ב-TLB מתבצע ההילוך על טבלת התירגום, ואז אם יש תירגום מוצלח מכניסים אותו ל-TLB. שימו לב שבניגוד למטמון הרגיל פה אין כתיבות ולכן אין משמעות ל-write back או write through. אבל בהחלט יתכן שכניסה בטבלה פעילה תשונה על-ידי מערכת ההפעלה. במצב זה יתכן וב-tlb ישאר תוכן עבש. אם אין כלים אחרים אזי אין ברירה אלא לטעון מחדש את כתובת הטבלה לאוגר ב-mmu שמצביע לטבלת התירגום. פעולה זו גורמת לריקון ה-tlb. אם מערכת ההפעלה משנה את טבלת התירגום האקטיבית היא צריכה להודיע את זה ל-mmu כדי למחוק את הכניסה העבשה מה-tlb (אם יש כזו). זה לא יכול להתבצע אוטומטית. אם אין פקודת מכונה כזו או אוגר מתאים ב-mmu אזי עדכון של כניסה בטבלה אקטיבית יכריח ריקון של כל ה-tlb. במעבדים בני ימינו יש פקודות מכונה או אוגר מיוחד שנותנים להם מספר דף וירטואלי והם מ...

Computer component A translation lookaside buffer ( TLB) is a memory The TLB is sometimes implemented as page walk. The page walk is time-consuming when compared to the processor speed, as it involves reading the contents of multiple memory locations and using them to compute the physical address. After the physical address is determined by the page walk, the virtual address to physical address mapping is entered into the TLB. The Overview [ ] A TLB has a fixed number of slots containing Referencing the physical memory addresses, a TLB may reside between the CPU and the In a instruction translation lookaside buffer (ITLB) and a data translation lookaside buffer (DTLB). Various benefits have been demonstrated with separate data and instruction TLBs. The TLB can be used as a fast lookup hardware cache. The figure shows the working of a TLB. Each entry in the TLB consists of two parts: a tag and a value. If the tag of the incoming virtual address matches the tag in the TLB, the corresponding value is returned. Since the TLB lookup is usually a part of the instruction pipeline, searches are fast and cause essentially no performance penalty. However, to be able to search within the instruction pipeline, the TLB has to be small. A common optimization for physically addressed caches is to perform the TLB lookup in parallel with the cache access. Upon each virtual-memory reference, the hardware checks the TLB to see whether the page number is held therein. If yes, it is a TLB hit,...

The idea used here is, to place the page table entries in registers, for each request generated from the CPU (virtual address), it will be matched to the appropriate page number of the page table, which will now tell where in the main memory that corresponding page resides. Everything seems right here, but the problem is registered size is small (in practice, it can accommodate a maximum of 0.5k to 1k page table entries) and the process size may be big hence the required page table will also be big (let’s say this page table contains 1M entries), so registers may not hold all the PTE’s of the Page table. So this is not a practical approach. The entire page table was kept in the main memory to overcome this size issue. but the problem here is two main memory references are required: • To find the frame number • To go to the address specified by frame number To overcome this problem a high-speed cache is set up for page table entries called a Translation Lookaside Buffer (TLB). Translation Lookaside Buffer (TLB) is a special cache used to keep track of recently used transactions. TLB contains page table entries that have been most recently used. Given a virtual address, the processor examines the TLB if a page table entry is present (TLB hit), the frame number is retrieved and the real address is formed. If a page table entry is not found in the TLB (TLB miss), the page number is used as an index while processing the page table. TLB first checks if the page is already in mai...