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1、Cache(高速缓存)与主存一致性初探院系名称姓 名学 号专 业计算机科学与技术专业指导教师18摘 要存储器是具有“记忆”功能的部件，它在计算机系统中占有十分重要的地位。存储器的基本功能是存放以二进制形式表示的程序与数据。如何设计容量大、速度快且造价低的存储器，一直是计算机发展中的关键问题，目前还没有哪一种存储器功能完全满足计算机系统对存储器的需求。因此，计算机系统通常配备分层结构的存储系统，以满足容量、速度和造价等方面的要求。衡量存储器有三个指标：容量、速度和价格/位。一般地说，速度高的存储器，每位价格也高，因此容量不能太大。所以存储器设计的约束有容量、速度和价
2、格。容量似乎没有限制，不管容量多大，总要开发出应用程序来使用。为了获得更好的性能，存储器的速度必须能够跟上CPU，即当CPU执行指令时，不想让他停下来等待指令或操作数。价格问题也必须考虑，对于实用的系统，存储器的价格必须相对于其他部件是合理的。因此三个指标之间需要进行权衡。高速缓存系统中能否确保高速缓冲存储器和主存内容一致性，这个问题直接关系到整个计算机系统的性能。这两部分的数据一致性问题产生的原因有二：其一，由于CPU对高速缓冲存储器的写入导致它的内容更新而主存内容陈旧；其二，由于I/O处理机或多处理机系统中某一处理机修改了主存内容导致高速缓冲存储器内容陈旧。针对不同
3、原因，分析了写策略中七种解决方案，并就高速缓存系统采用的第二级脱片高速缓冲存储器，以及第三级脱片高速缓冲存储器结构数据一致性问题进行初步探讨。本文通过对存储器系统Cache（高速缓存）与主存的概念进行描述和目前两者之间一致性存在的一些问题进行研究。并分析在多处理机系统中，主存与各处理机私有Cache之间及各私有Cache之间存在的数据不一致性。对解决不一致性的方法：监听总线协议、基于目录的Cache一致性协议、软件控制方法等进行详细的定性分析，并指出各种方法的优缺点，供设计者参考；同时提出软件和硬件相结合的方法，能有效解决Cache的一致性问题。关键词：存储器；主存；缓
4、存；一致性18AbstractMemoryisa"memory"functioncomponents,itinacomputersystemoccupiesaveryimportantposition.Thebasicfunctionofmemoryisstoredinbinaryformofsaidprogramsanddata.Howtodesigncapacity,speedisquickandlowcostofmemory,isalwaysthekeyproblemsinthedevelopmentofthecomputer,thereisnomemoryfun
5、ctionfullymeettheneedsofthememoryofacomputersystem.Therefore,thecomputersystemusuallyequippedwithalayeredstructureofstoragesystem,tosatisfythecapacity,speedandcostrequirements.Measurememoryhasthreeindex:capacity,speedandprice/a.Generallyspeaking,thehighspeedofmemory,everypriceishigh,ther
6、eforecapacitycannotbetoobig.Somemorydesignconstraintscapacity,speedandprice.Thereseemstobenolimitcapacity,nomatterhowmuchcapacity,thetotaltodevelopapplicationstouse.Inordertoobtainthebetterperformance,thespeedofthememorymustbeabletokeepupwiththeCPU,andthatiswhentheCPUexecutinginstruction
7、s,don'twanthimtostopandwaitforinstructionsoroperand.Thequestionofpricemustalsoconsider,forpracticalsystem,memorypricesrelativetootherpartsmustbeisreasonable.Sothethreeindexestoweighbetween.Cachesystemcanensurecachememoryandmainmemorycontentsconsistency,thedirectlyrelatedt
