第4章-现代微机的存储系统.ppt

三大部分组成 Cache存储体：存放由主存调入的指令与数据块。 地址转换部件：建立目录表以实现主存地址到缓存地址的转换。 替换部件：在缓存已满时按一定策略进行数据块替换，并修改地址转换部件。 Cache的地址映像以及和主存的数据交换机构全由硬件实现，对程序员透明 命中率：高速缓存命中次数与存储器访问总次数之比 CPU的访问速度 在Cache中存储了主存的一个小小的副本，Cache要解决2个技术问题： （1）主存地址与缓存地址的映象及转换； （2）按一定原则对Cache的内容进行替换。 在技术上就是如何将CPU送出的主存地址变换为Cache的地址。 主存中各区内相同字块号的数据块都可以分别调入缓存中字块号相同的地址中，但同时只能有一个区的块存入缓存。由于主、缓存字块号相同，因此，目录表登记时，只记录调入字块的区号即可。  图所示为主存、Cache地址格式、目录表格式及地址变换规则。主存、Cache字块号及块内地址两个字段完全相同。目录表存放在相联存储器中，其中包括二部分：数据块在主存的区号和有效位。目录表的容量与Cache的字块数相同。 2) 全相联映像 全相联映像技术允许主存中每一个页面映像到Cache的任何一个页面位置上，也允许采用某种替换算法从已占满的Cache中替换出任何一个旧页面。这种方式冲突概率低，可达到很高的Cache命中率，但实现起来比较困难。 地址映象规则：主存的任意一字块可映象到Cache中的任意一字块。 　　 （1）主存与Cache分成相同大小的字块。 　　 （2）主存的某一字块可以装入Cache的任意一字块空间中。 　　 图3-15示出了目录表（字块标记）的格式及地址变换规则。目录表存放在相关（联）存储器中，其中包括三部分：主存的字块号、Cache字块号、有效位（也称装入位）。由于是全相联方式，因此目录表的容量应当与Cache的字块数相同。 3）组相联映像 主存和Cache按同样大小划分成块。 主存和Cache按同样大小划分成组。 主存容量是缓存容量的整数倍，将主存空间按缓冲区的大小分成区，主存中每一区的组数与缓存的组数相同。 当主存的数据调入缓存时，主存与缓存的组号应相等，也就是各区中的某一块只能存入缓存的同组号的空间内，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象方式；在两个对应的组内部采用全相联映象方式。 例：设有8个块，分成2个组，在上述地址序列下： 31 5 4 3 2 1 0 PWT PCD 32字节对齐的PDPT基地址 CR3寄存器 63 36 35 12 11 9 8 5 4 3 2 1 0 PWT PCD P AVL PDPT项 4KB对齐的页目录基地址（高24位） 63 36 35 12 11 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 PWT PCD 4KB对齐的页表基地址 P RW US AVL A 0 页目录项 PWT PCD 4KB对齐的页框基地址 P RW US AVL A D 页表项 63 36 35 12 11 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 G 36位地址下的4KB分页方式地址转换 32位线性地址 页目录项号 页面号 偏移 CR3 36位物理地址 31 30 29 21 20 12 11 0 页目录 页表 PDPT项号 页目录指针表 4×64位 512×64位 512×64位 低12位 高24位 36位地址下的2MB分页方式地址转换 32位线性地址 页目录项号 偏移 CR3 36位物理地址 31 30 29