计算机组成与体系结构——Cache——2020.11.21

（一）Cache-概念

• 在计算机的存储系统体系中，Cache是访问速度最快的层次（若有寄存器，则寄存器最快）
• 使用Cache改善系统性能的依据是程序的局部性原理
• 如果以h代表对Cache的访问命中率，t1表示Cache的周期时间，t2表示主存储器周期时间，以只读操作为例，使用“Cache+主存储器”的系统的平均周期为t3，则：
  - t3 = h × t1 + (1-h) ×t2
  - 其中，（1-h）又称为失效率

（二）Cache-映象

• 硬件直接控制
• 直接相联映象：硬件电路较简单，但冲突率很高
• 全相联映象：电路难于设计和实现，只适用于小容量的cache，冲突率较低
• 组相联映象：直接相联与全相联的折中
• 地址映象是将主存与Cache的存储空间划分为若干大小相同的页（或称为块）
  - 例如，某机的主存容量为1G，划分为2048页，每页512KB
  - Cache容量为8M，划分为16页，每页512KB

（三）Cache-全相联映象

• 没有任何限制
• 主存和Cache可以有任意的对应关系
• 页表记录一下主存与Cache的对应关系
• 将主存的地址放到Cache中，由于他们的页是一样的，所以页内地址也是一样的
• 对于518KB，默认按字节存储，说明每页512K个存储单元——>2¹⁹——>19位
• 主存最大页是2048页，说明需要2¹¹，所以需要11位来存储就可以了
• 主页页号都找到了，那么整个主存的具体地址就找到了
• 如何找到对应的Cache的地址呢？根据页表，查主存页号对应的Cache页号

（四）Cache-直接相联映象

• 主存不仅分页，还要分区
• 每个分区的大小与Cache是一样的
• 每个区的第一页只能放在Cache的第一页，依次递推
• 如果指定的页，有东西了，那么就冲突了，因为只能放在指定的位置

（五）Cache-组相联映象

• 先分区再分组

——高岸为谷，深谷为陵——