Cache_简介.ppt

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1、Cache简介ChangYan201004(lastmodified:2011-03)1.Cache基本原理cache是介于处理器和主存之间的小容量存储器，存取速度比主存快。它能高速地向处理器提供指令和数据，加快程序的执行速度。它是为了解决处理器和主存之间速度不匹配而采用的一项重要技术CPU与cache之间的数据交换是以字为单位，而cache与主存之间的数据交换是以块为单位。一个块由若干定长字组成的。当CPU读取主存中一个字时，便发出此字的内存地址到cache和主存。此时cache控制逻辑依据地址判断此字当前是否在cache中：若是，此字立即传送给CPU；若非，则

2、用主存读周期把此字从主存读出送到CPU，与此同时，把含有这个字的整个数据块从主存读出送到cache中2.Cache地址映射地址映像:应用某种函数把主存地址映像到Cache中定位，称作地址映像。这些函数通常称做映像函数。地址变换：将主存地址变换成CACHE地址，这个变换过程叫做地址变换。地址映像方式有直接映像、全相联映像和组相联映像等。（1）全相联映像方式全相联映像方式允许将主存中的每一个块映像到Cache的任何一个行。特点：非常灵活，但由于速度太慢且成本太高，比较器电路难于设计和实现（需要进行全部cache标志和地址的比较），只适合于小容量CACHE采用。主存不分

3、组标记此行为主存中哪一块，标记的位数t=LOG2(主存的块数）=LOG2(n）其中块号的位数=CACHE的标记位数t=LOG2(主存的块数），字的位数=b=LOG2(每块的字数）=LOG2（K）（2）直接映像方式主存中的每一块只能映像到CACHE中的一个固定行的位置。直接映像函数可定义为：i＝jmodm其中，i是Cache的行号，j是主存的块号，m为CACHE的行数。标记此行为主存中哪一组（32组）的相应块，标记的位数t=LOG2(主存的组数）主存的组数=(主存的块数/CACHE的行数）=256/8=32组其中tag的位数=CACHE的标记位数t，行号的位数=LO

4、G2（CACHE的行数m）=c,字的位数=b（组内的块）位置直接映像优缺点优点是实现简单，只需利用主存地址按某些字段直接判断，就可确定所需块是否已在Cache中。缺点是不够灵活。因为主存的2t个组（t为CACHE标记的位数）只能对应于唯一的Cache存储器行，即使Cache中有许多地址空着也不能占用，因而使Cache存储空间得不到充分利用。（3）组相联映像方式它是直接映像与全相联映像的折衷方案．它将把Cache存储器分为若干个组，每组包含若干个行．组间采用直接映像，而组内的则采用全相联映像。主存的某一块可以映像到CACHE指定组内的任意行中。将CACHE分为u组，

5、则每组的行数=m/u=v行映像函数：k＝jmodu其中，k是Cache的组号，j是主存的块号，u为CACHE的组数，即主存的第j块可以映像到CACHE的第k组中的任意一行中。标记此行为主存中哪一组（64组）的相应块，标记的位数t=LOG2(主存的组数）主存的组数=(主存的块数n/CACHE的组数u）=256/4=64组组◆上述的j和k通常称为索引◆组的选择常采用位选择算法若主存第i块映象到第k组，则:k＝imod（G）（G为Cache的组数）设G＝2g，则当表示为二进制数时，k实际上就是i的低g位：g位ki：◆n路(way)组相联：每组中有n个块(n＝M/G)n

6、称为相联度。相联度越高，Cache空间的利用率就越高，块冲突概率就越低，失效率也就越低。全相联直接映象组相联n(路数)G(组数)MM111＜n＜M1＜G＜M其中tag的位数=CACHE的标记位数t，组号的位数=LOG2（CACHE的组数u）,字的位数=bCache组主存组3Cache读写策略对于cache来说，不论读写，都有两种结果：命中（hit）缺失（miss）命中属于比较理想的状态。当发生缺失的时候，考虑到最近访问的数据被再次访问的几率比较高，需要采用相应的策略对数据进行存取，以保证Cache内部数据的命中率。1)读命中策略Cacheable：如果定义了Cac

7、heable，那么需要从Cache中读出命中的数据NoCacheable：如果不定义Cacheable，那么直接从下级Cache/主存进行数据读取2)读缺失策略Readallocate：读缺失的时候，从下级Cache/主存读回数据的同时将该缺失数据放入（Linefill）缺失CacheNoReadallocate：读缺失的时候，直接从下级Cache/主存中读回数据，此数据不进去缺失Cache3)写命中策略WriteBack（写回）：在写得时候如果发生命中，那么只是更新Cache之中命中的数据，而不更新下级Cache/主存的数据。WriteThrough（写穿透）：

8、在写得时候