让读失效优先于写

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1、5.4.1让读失效优先于写5.4减少Cache失效开销1.Cache中的写缓冲器导致对存储器访问的复杂化2.解决问题的方法(读失效的处理)◆推迟对读失效的处理(缺点：读失效的开销增加，如50％)◆检查写缓冲器中的内容3.在写回法Cache中，也可采用写缓冲器第五章存储层次5.4.2子块放置技术1.为减少标识的位数，可采用增加块大小的方法，但这会增加失效开销，故应采用子块放置技术。2.子块放置技术：把Cache块进一步划分为更小的块(子块)，并给每个子块赋予一位有效位，用于指明该子块中的数据是否有效。Cache与下一级存储器之间以子块为单位

2、传送数据。但标识仍以块为单位。3.举例(动画演示)5.4减少Cache失效开销5.4.3请求字处理技术1.请求字从下一级存储器调入Cache的块中，只有一个字是立即需要的。这个字称为请求字。2.应尽早把请求字发送给CPU◆尽早重启动：调块时，从块的起始位置开始读起。一旦请求字到达，就立即发送给CPU，让CPU继续执行。◆请求字优先：调块时，从请求字所在的位置读起。这样，第一个读出的字便是请求字。将之立即发送给CPU。5.4减少Cache失效开销3.这种技术在以下情况下效果不大：◆Cache块较小◆下一条指令正好访问同一Cache块的另一

3、部分5.4减少Cache失效开销5.4.4非阻塞Cache技术1.非阻塞Cache：Cache失效时仍允许CPU进行其它的命中访问。即允许“失效下命中”。2.进一步提高性能：“多重失效下命中”“失效下失效”(存储器必须能够处理多个失效)3.重叠失效个数对平均访问时间的影响5.4减少Cache失效开销非阻塞Cache平均存储器等待时间与阻塞Cache的比值12浮点程序76％51％6439％整数程序81％78％78％重叠失效个数5.4减少Cache失效开销对于图5.18所描述的Cache，在两路组相联和“一次失效下命中”这两种措施中，哪一种对浮

4、点程序更重要？对整数程序的情况如何？假设8KB数据Cache的平均失效率为：对于浮点程序，直接映象Cache为11.4%，两路组相联Cache为10.7%；对于整数程序，直接映象Cache为7.4%，两路组相联Cache为6.0%。并且假设平均存储器等待时间是失效率和失效开销的积，失效开销为16个时钟周期。例5.115.4减少Cache失效开销对于浮点程序，平均存储器等待时间为：失效率直接映象×失效开销＝11.4%×16＝1.82失效率两路组相联×失效开销＝10.7%×16＝1.711.71/1.82＝0.94对于整数程序：失效率直接

5、映象×失效开销＝7.4%×16＝1.18失效率两路组相联×失效开销＝6.0%×16＝0.960.96/1.18=0.81解：5.4减少Cache失效开销5.4.5采用两级Cache1.应把Cache做得更快？还是更大？答案：二者兼顾，再增加一级Cache◆第一级Cache(L1)小而快◆第二级Cache(L2)容量大2.性能分析平均访问时间＝命中时间L1＋失效率L1×失效开销L1＝命中时间L1＋失效率L1×(命中时间L2＋失效率L2×失效开销L2)5.4减少Cache失效开销3.局部失效率与全局失效率局部失效率＝该级Cache的失效次数/到达该

6、级Cache的访问次数例如：上述式子中的失效率L2全局失效率＝该级Cache的失效次数/CPU发出的访存的总次数全局失效率L2＝失效率L1×失效率L2评价第二级Cache时，应使用全局失效率这个指标。5.4减少Cache失效开销例5.12假设在1000次访存中，第一级Cache失效40次，第二级Cache失效20次。试问：在这种情况下，该Cache系统的局部失效率和全局失效率各是多少？解第一级Cache的失效率（全局和局部）是40/1000，即4%；第二级Cache的局部失效率是20/40，即50%，第二级Cache的全局失效率是20/1000，

7、即2%。5.4减少Cache失效开销4.当第二级Cache比第一级Cache大得多时，两级Cache的全局失效率与容量和第二级Cache相同的单级Cache的失效率非常接近。5.第二级Cache的参数第二级Cache不会影响CPU的时钟频率，因此其设计有更大的考虑空间。两个问题：◆能否降低CPI中的平均访存时间部分？◆成本是多少？(1)容量第二级Cache的容量一般比第一级的大许多，如512KB。5.4减少Cache失效开销(2)相联度第二级Cache可采用较高的相联度或伪相联方法例5.13给出有关第二级Cache的以下数据：⑴两路组相联使

8、命中时间增加10%×CPU时钟周期⑵对于直接映象，命中时间L2＝10个时钟周期⑶对于直接映象，局部失效率L2＝25%⑷对于