Cache基础知识介绍学习课件.ppt

组相联映射方式 地址映射规则： (1) 主存和cache按同样大小划分成块。 (2) 主存和cache按同样大小划分成组。 (3) 主存容量是cache容量的整数倍，将主存空间按cache区的大小分成区，主存中每一区的组数与cache的组数相同。 (4) 当主存的数据调入cache时，主存与cache的组号应相等，也就是各区中的某一块只能存入cache的同组号的空间内，但组内各块地址之间则可以任意存放， 即从主存的组到cache的组之间采用直接映射方式；在两个对应的组内部采用全相联映射方式。 优点：块的冲突概率比较低，块的利用率大幅度提高，块失效率明显降低。缺点：实现难度和造价要比直接映射方式高。 * * 块:块是cache与主存的传输单位。 路（way）: 路是组相联映射方式的cache结构中的基本存储单位，每一路存储一个块的数据。 组（entry）:组是组相联映射方式的cache对块进行管理的单位。 区 （tag） :块的地址对应的主存储器中的区。 块内偏移地址（offset）: 用来标示块内一个字节的地址。 组相联映射方式下主存储器的地址空间由，区，组和块内偏移地址组成。 * 组相联映射方式下cache的内部结构。 * Cache的替换算法 Cache可以采用的替换算法主要有以下几种： 先入后出(FILO)算法 随机替换(RAND)算法 先入先出(FIFO)算法 近期最少使用(LRU)算法 * 随机(RAND)法是随机地确定替换的存储块。设置一个随机数产生器，依据所产生的随机数，确定替换块。这种方法简单、易于实现，但命中率比较低。 先进先出(FIFO)法是选择那个最先调入的那个块进行替换。当最先调入并被多次命中的块，很可能被优先替换，因而不符合局部性规律。这种方法的命中率比随机法好些，但还不满足要求。 近期最少使用(LRU)法是依据各块使用的情况，总是选择那个最近最少使用的块被替换。这种方法比较好地反映了程序局部性规律，命中率最高。 * 如何提高cache的性能 提高cache的性能也就是要降低主存的平均存取时间 主存平均存取时间=命中时间+未命中率*未命中惩罚 提高cache的性能有以下三种方法：减少命中时间，减少未命中率，减少未命中惩罚。 * 影响命中率的硬件因素主要有以下四点： Cache的容量。 Cache与主存储器交换信息的单位量（cache line size）。 Cache的组织方式 Cache的替换算法 * 努力奋斗 努力奋斗 努力奋斗 努力奋斗 努力奋斗 努力奋斗 努力奋斗 努力奋斗 努力奋斗 努力奋斗 努力奋斗 努力奋斗 努力奋斗 努力奋斗 努力奋斗 努力奋斗 努力奋斗 努力奋斗 努力奋斗 努力奋斗 努力奋斗 努力奋斗 什么是cache Cache又叫高速缓冲存储器，位于CPU与内存之间，是一种特殊的存储器子系统。 目前比较常见的是两极cache结构，即cache系统由一级高速缓存L1 cache和二级高速缓存L2 cache组成，L1 cache通常又分为数据cache（I-Cache）和指令cache（D-Cache），它们分别用来存放数据和执行这些数据的指令。 * 两极cache相比较而言，L1 cache的容量小，但数据存取速度较快，L2 cache的容量大，但数据存取速度较慢。部分系统中也存在三级cache的结构。 * Cache的作用是什么 Cache的作用就是为了提高CPU对存储器的访问速度。 电脑的内存是以系统总线的时钟频率工作的，这个频率通常也就是CPU的外频。但是，CPU的工作频率(主频)是外频与倍频因子的乘积。这样一来，内存的工作频率就远低于CPU的工作频率了。这样造成的直接结果是：CPU在执行完一条指令后，常常需要“等待”一些时间才能再次访问内存，极大降了CPU工作效率。在这样一种情况下，cache就应运而生了。 * 指令地址 …… 96 loop: ADD r2, r1, r1 100 SUBI r3, r3, #1 104 BNEZ r3, loop 108 …… 112 典型的内存访问模式 Cache的工作原理 * CPU运行程序是一条指令一条指令地执行的，而且指令地址往往是连续的，意思就是说