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【計算機組成原理】存儲系統(四)—— 高速緩沖存儲器 Cache
發布時間😁:2024-04-02       編輯👩🏿‍🚀:網絡中心       瀏覽次數:

采用雙端口RAM多模塊存儲器提高存儲器的工作速度🫎,優化後速度與CPU差距依然很大。這時提出了 主存-Cache 的方式🧗🏻‍♂️。

一、Cache的工作原理

基于局部性原理,把程序中正在使用的部分存放在一個高速的🧝‍♀️🙆🏽、容量教小的 Cache 中,使 CPU 的訪存操作大多數針對 Cache 進行,從而大大提高程序的執行速度。

  • 局部性原理

空間局部性:在最近的未來要用到的信息(指令和數據),很可能與現在正在使用的信息在存儲空間上是鄰近的。Eg:數組元素、順序執行的指令代碼。

時間局部性:在最近的未來要用到的信息,很可能是現在正在使用的信息🧑🏻‍🤝‍🧑🏻。Eg🎇:循環結構的指令代碼👐🏼。

在這裡插入圖片描述

性能分析

設 t c t_ctc 為訪問一次Cache 所需時間🈁,t m t_mtm 為訪問一次主存所需時間。

  • 命中率 H👨🏻‍🎓🪹:CPU 欲訪問的信息已在Cache中的比率

  • 缺失(未命中)率🧛🏽‍♀️:M = 1 - H

  • Cache —主存 系統的平均訪問時間 t 為

先訪問Cache🎫,若Cache未命中再訪問主存:

t = H ∗ t c + ( 1 − H ) ∗ ( t c + t m ) t=H*t_c + (1-H)*(t_c + t_m)t=Htc+(1H)(tc+tm)

同時訪問 Cache 和主存,若 Cache 命中則立即停止訪問主存:

t = H ∗ t c + ( 1 − H ) ∗ t m t=H*t_c + (1-H)* t_mt=Htc+(1H)tm

  • 例題

在這裡插入圖片描述

二👮🏿、使用 Cache 所必須解決的問題

  • 如何區分 Cache 與 主存 的數據塊對應關系? ——Cache和主存的映射方式

  • Cache 很小,主存很大。如果Cache滿了怎麼辦🖨? ——替換算法🧜🏽‍♂️。

  • CPU修改了Cache中的數據副本,如何確保主存中數據母本的一致性? ——Cache寫策略

關于 Cache和主存的映射方式♟、Cache替換算法🤷🏻、Cache寫策略的詳細內容,見下面鏈接文章:

在這裡插入圖片描述

鏈接🌉:https://blog.csdn.net/weixin_43848614/article/details/126822309

作者⚧:何為xl

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