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工作原理#xff1a;将某些主存块复制到Cache中#xff0c;缓和CPU与主存之间的速度矛盾局部性原理 时间局部性#xff1a;现在访问的地址#xff0c;不久之后也很可能被再次访问空间局部性#xff1a;现在访问的地址#xff0c;其附近的地址也很可…高速缓冲存储器Cache
工作原理将某些主存块复制到Cache中缓和CPU与主存之间的速度矛盾局部性原理 时间局部性现在访问的地址不久之后也很可能被再次访问空间局部性现在访问的地址其附近的地址也很可能即将被访问性能分析 命中率HCPU欲访问的信息已在Cache中的比率缺失未命中率M 1 - H 两种方式 先访问Cache发现未命中再访问主存同时访问Cache和主存若Cache命中则停止访问主存其他概念 主存与Cache之间以“块”为单位进行数据交换主存的“块”又叫“页/页框/页面”Cache的“块”又叫“行”主存地址可拆分为主存块号块内地址的形式 每次被访问的主存块一定会被立即调入Cache Cache-主存映射方式
Cache中存储的信息
有效位0/1 标记 整块数据其中“标记”用于指明对应的内存块不同映射方式“标记”的位数不同
全相联映射
主存块可以放到Cache的任意位置主存地址结构标记整个主存块号 块内地址优点Cache存储空间利用充分命中率高缺点查找“标记”最慢有可能需要对比所有行的标记
直接映射
主存块只能放到特定的某个Cache行行号 主存块号 % 总行数主存地址结构标记主存块号前几位 行号主存块号末几位块内地址优点对于任意一个地址只需对比一个“标记”速度最快缺点Cache存储空间利用不充分命中率低
组相联映射
主存块可以放到特定分组中的任意位置所属组号 主存块号 % 总组数主存地质结构标记主存块号前几位 组号主存块号末几位块内地址优点另外两种方式折中综合效果较好术语n路组相联映射——每n各Cache行为一组 Cache替换算法
随机算法RAND 随便选一个主存块替换过于Freestyle效果很差先进先出算法FIFO 优先替换最先被调入Cache的主存块不遵循局部性原理效果差 近期最少使用LRU 将最久没有被访问过的主存块替换。每个Cache行设置一个“计数器”Cache块的总数2^n则计数器只需n位用于记录多久没有被访问基于“局部性原理”近期被访问过的主存块在不久的将来也很有可能被再次访问因此淘汰最久没被访问过的块是合理的。LRU算法的实际运行效果优秀Cache命中率高。最不经常使用LFU 将被访问次数最少的主存块替换。每个Cache行设置一个“计数器”用于记录被访问过多少次曾经被经常访问的主存块在未来不一定会用到LFU实际运行效果不好 Cache写策略 非写分配法通常与全写法合用写分配法通常和回写法合用 写命中 全写法直写法write-through当CPU对Cache写命中时必须把数据同时写入Cache和主存一般使用写缓冲write buffer回写法write-back当CPU对Cache写命中时只修改Cache的内容而不立即写入主存只有当此块被换出时才写回主存写不命中 写分配法write-allocate当CPU对Cache写不命中时把主存中的块调入Cache在Cache中修改。非写分配法not-write-allocate当CPU对Cache写不命中时只写入主存不调入Cache多级Cache现代计算机通常采用多级Cache结构各级Cache间常采用“全写法非写分配法”Cache和主存间常采用“写回法写分配法”
