《存储体系续》PPT课件.ppt

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1、2.直接映象及其变换1)规则：主存中每一块只能映像到Cache中唯一一个特定位置，如图所示，主存的第i块只能映像到第imod2ncb块位置上。如图4.33所示：……Cache块位置012ncb-1主存块012nmb-1…2ncb-1块2ncb+02ncb+1…2·2ncb-1块2·2ncb+0…3·2ncb-1……0区1区2区2nmb－ncb-1区图4.33直接映象规则2)变换过程主存块号块内地址主存地址nmnmbnmrncbncrCache地址nc…2ncb项相联比较不等块失效区号…012ncb-1••相等访Cache区号(按地址访问存储器)由2ncb中选1图

2、4.34直接映象的地址变换过程3)优缺点优点：a)所需硬件简单，只需要容量较小的按地址访问的区号标志表存储器和少量外比较电路，因此成本低。b)访问Cache与访问区号表、比较区号是否相符的操作是同时进行的。当Cache命中时就意味着省去了地址变换所花费的时间。缺点：直接映象法最致命的缺点就是Cache的块冲突率很高。只要有两个或两个以上经常使用的块恰好被映象到Cache的同一个块位置时，就会使得Cache的命中率急剧下降。而且，即使此时Cache中有大量的空闲块存在，仍然会发生块失效和块冲突，无法使用Cache中的空闲块，所以，Cache的利用率很低。正是因为这

3、个原因才使得目前采用直接映象的Cache存储器很少了。3.组相联映象及其变换1)思想：简要说明如下图4.35所示，将Cache空间和主存空间都分组，每组S块(S＝2s)。Cache一共2ncb个块，分成Q组(Q=2q)，整个Cache是一区。主存分成与Cache一样大小的2nd个区，其地址按区号、组号、组内块号、块内地址分成对应的4个字段。主存地址的组号、组内块号分别用q、s'字段表示，它们的宽度和位置与Cache地址的q、s是一致的。2)规则：组相联映象指的是各组之间直接映象，但组内各块间则是全相联映象。如图4.35所示。组号q组内块号s块内地址ncr组号q组

4、内块号s'块内地址nmr区号nd1位1位2位2位1位ncbnmbncnm块位置0块01122334455667789101112131415012301230123012301230123第0组第0组第1组第1组第0组第1组第0区(Cache容量)第1区(Cache容量)Cache主存组内全相联组间直接相联图4.35组相联映象规则3)讨论当组相联映象的S值大到等于Cache的块数(即s=ncb)时就变成了全相联映象，而当S值小到只有1块(即无s字段)时就变成了直接映象。因此全相联映象和直接映象只是组相联映象的两个极端。在Cache空间大小及块的大小都已经确定的情

5、况下，Cache的总块数就定了，但结构设计者仍可以对S和Q值进行选择。Q和S的选取主要依据对块冲突概率、块失效率、映象表复杂性和成本、查表速度等的折衷权衡。组内块数S愈多，块冲突概率和块失效率愈低，映象表愈复杂、成本愈高，查表速度愈慢。所以通常采用在典型工作负荷下进行模拟而定。4)地址变换组号q组内块号s'块内地址nmr区号nd组号q组内块号s块内地址ncrnmnc直接直接相联比较不等块失效相等•相联比较nds's•nd＋s'表的总容量为2ncb＝2q·2s行2q组中选12s行4.段相联映象在全相联、直接相联、组相联映象的基础上还可以有各种变形，段相联就是一例。

6、段相联实质上是组相联的特例。他是采用组间全相联、组内直接映象。为了与组相联加以区别，将这种映象方式称为段相联。就是说，段相联映象是把主存和Cache分成具有相同的Z块的若干段，段与段之间采用全相联映象，而段内各块之间采用直接映象。如下图所示：补充知识：块0块1块2Z－1Cache主存…块0块1块2Z－1…≈≈块0块1块2Z－1…块0块1块2Z－1…≈≈块0块1块2Z－1…段0段0(Z个段)段1段2nmb/Z－1段2ncb/Z－1具有每段Z个块的段相联映象段间全相联段内直接4.3.3替换算法的实现当访存发生Cache块失效，需要把主存块按所采用的映象规则装入Cac

7、he时，如果又出现Cache块冲突，就必须按某种策略选择将Cache中的哪一块替换出去。Cache——主存存储层次的替换算法与虚拟存储器的没有什么不同，不外乎也是FIFO法或LRU法，其中LRU法最为常用。1.堆栈法1)思想我们在4.2.2中讲过，LRU法是堆栈型替换算法，也讲了对于LRU算法，堆栈St中由栈顶到栈底的各项（行）恒反映出到t时刻，实存中各页被访问过的近远次序，以及每访问一页，堆栈St中各项的变换过程。结果是此堆栈的栈顶恒存放近期最近访问过的页的页号，而栈底恒存放近期最久没有方问过的页的页号，即准备被替换掉的页的页号。那么，我们在Cache——主存

8、存储层次中就可以按此思想