3-6CACHE存储器1.ppt

复习思考题 1、说出下列简写的中文名称： SDRAM EPROM EEPROM 2、多模块交叉存储器的“交叉”是什么意思？ § 3.6 cache存储器 3.6.1 cache的基本原理 1、cache的功能 是一种高速缓冲存储器，是为了解决CPU和主存之间速度不匹配而采用的一项重要技术。 是介于CPU和主存之间的小容量存储器，但存取速度比主存快。 由高速的SRAM组成, 管理功能也是由硬件实现，对程序员是透明的。 2、cache存储器的基本原理 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。 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。 2、 cache的命中率 (1)命中率h 在一个程序执行期间，设Nc表示cache完成存取的总次数，Nm表示主存完成存取的总次数，h定义为命中率，则有： (2)平均访问时间ta 若：tc表示命中时的cache访问时间 tm表示未命中的主存访问时间 1-h表示未命中率 则cache/主存系统的平均访问时间ta为： ta=htc+(1-h)tm 目标: 以较小的硬件代价使cache/主存系统的平均访问时间ta 越接近tc 越好。 (3)系统的访问效率e 访问效率： 由表达式看出，为提高访问效率，命中率h越接近1越好，r值以5-10为宜，不宜太大。 命中率h与程序的行为、 cache的容量、组织方式、块的大小有关. 设r=tm/tc表示主存慢于cache的倍率，则有: [例5]CPU执行一段程序时， cache完成存取的次数为1900次，主存完成存取的次数为100次，已知cache存取周期为50ns，主存存取周期为250ns，求cache/主存系统的效率和平均访问时间。 解： 命中率h=Nc/(Nc+Nm) =1900/(1900+100)=0.95 平均访问时间 ta=htc+(1-h) tm =0.95*50+(1-0.95)*250=60ns 访问效率 e= tc/ta = 50/60=83.3% 复习 ta=htc+(1-h)tm tc e= ta 判断正误 （１）cache是一种高速缓冲存储器，是为了解决CPU和主存之间速度不匹配而采用的一项重要技术 （２）cache由高速的SRAM组成, 管理功能是由OS实现的，对程序员是透明的。 （３）CPU与cache之间、cache与主存之间的数据交换均以字为单位。 3.5.2.主存与cache的地址映射 地址映射即是应用某种方法把主存地址定位到cache中。 地址映射方式有全相联方式、直接映射方式和组相联方式三种。 1.全相联映射方式 主存中一个块的块地址与块内容一起存于cache的一行中，其中块地址存于cache行的标记部分中。 全相联映射示意图 这种方法可使主存的一个块直接拷贝到cache中的任意一行上，非常灵活。 它的主要缺点是比较器电路难于设计和实现,因此只适合于小容量cache采用。 全相联cache的检索过程 复习思考题 这种方法可使主存的一个块直接拷贝到cache中的任意一行上，非常灵活。 它的主要缺点是比较器电路难于设计和实现,因此只适合于小容量cache采用。 为什么全相联地址映射方式是一种灵活的方式？为什么只适合于小容量cache采用？ 2.直接映射方式 这是一种多对一的映射关系，但一个主存块只能拷贝到cache的一个特定行位置上 cache的行号i和主存的块号j有如下函数关系： 　　i=j mod m　　（m为cache中的总行数） 直接映射方式的优点是硬件简单，成本低。缺点是每个主存块只有一个固定的行位置可存放,容易产生冲突。 适合大容量cache采用 直接映射方式的示意图 直接映射cache的检索过程 复习思考题 对于全相联映射方式与直接映射方式，具有以下哪种特点? (1)硬件简单，成本低。 (2)主存的一个块直接拷贝到cache中的任意一行上。 (3)只适合于小容量cache采用。 (4)非常灵活。 (5)比较器电路难于设计和实现。 (6)容易产生冲突。 (7)每个主存块只有一个固定的行位置可存放。 (8)块地址存于cache行的标记部分中。 设一个直接相联的cache中有4个块，访问的块号序列是0、13、12、4、7、10、12、2、10、3，指出全部访问后cache中块分配的情况。 边 讲 边 练