Cache的原理与地址映像机制.pptx

Cache原理与地址映像机制 重点 Cache的工作原理 Cache的基本结构 地址映像机制 替换策略 1. 问题的提出避免 CPU “空等” 现象CPU 和主存（DRAM）的速度差异程序访问的局部性原理一、Cache的工作原理空间局部性时间局部性 1. 问题的提出避免 CPU “空等” 现象CPU 和主存（DRAM）的速度差异缓存CPU主存容量小速度高容量大速度低一、Cache的工作原理字块 主存块 调入 缓存主存块与缓存块 建立 了对应关系标记记录 与某缓存块建立了对应关系的 主存块号命中未命中主存块与缓存块 未建立 对应关系主存块 未调入 缓存2. Cache的命中率 命中率CPU 欲访问的信息在 Cache 中的 比率命中率 与 Cache 的 容量 与 块长 有关 命中率CPU 欲访问的信息在 Cache 中的 比率命中率 与 Cache 的 容量 与 块长 有关 Cache –主存系统的效率效率 e 与 命中率 有关 设 Cache 命中率 为 h，访问 Cache 的时间为 tc ， 访问 主存 的时间为 tm 则 e = × 100% tc h × tc+ (1－h)× tm 访问 Cache 的时间 平均访问时间 e = × 100% 3. Cache 的 读 操作 访问Cache取出信息送CPU 访问主存取出信息送CPU将新的主存块调入Cache中执行替换算法 腾出空位 结束命中？Cache满？CPU发出访问地址 开始是否是否 4. Cache 的基本结构Cache替换机构Cache存储体主存Cache地址映像变换机构由CPU完成 二、地址映射机制主存和缓存的编址~~~~……主存块号主存储器012m－1字块 0字块 1字块 M－1主存块号块内地址m位b位n位M块B个字缓存块号块内地址c位b位C块B个字~~~~……字块 0字块 1字块 C－1012c－1标记Cache缓存块号 二、地址映像机制地址映像机制AC = f ( AM )常用的地址映像方式直接映像方式全相联映像方式组相联映像方式 二、地址映像机制1. 直接相联 字块2m－1 字块2c+1 字块2c+1－1 字块2c +1 字块2c 字块2c－1 字块1 字块0………主存储体 字块 1 标记 字块 0 标记字块 2c－1标记Cache存储体t位012c－1… 字块字块地址 主存字 块标记t 位c 位b 位主存地址 比较器（t位）= ≠不命中有效位=1？*m位 Cache内地址否是命中 字块2c+1 字块2c 字块0 字块 0 二、地址映像机制1. 直接相联特点：主存地址块映射到Cache的固定块 j＝i mod (M )实现简单空间利用率低，冲突概率高 二、地址映像机制2. 全相联字块2m－1字块2c－1字块1 字块0……字块2c－1字块1字块0…标记标记标记主存字块标记 字块内地址主存地址m = t + c 位b位m = t+cCache 存储器主存储器 字块0 二、地址映像机制2. 全相联特点：主存地址块映射到Cache的任意块空间利用率高，冲突概率低实现复杂 二、地址映像机制3. 组相联字块2m－1字块2c-r+1 字块2c-r + 1 字块2c-r字块2c-r － 字块1 字块0……… 字块 3标记 字块 1标记字块 2c－1标记 字块 2标记 字块 0标记字块 2c－2标记………… 字块内地址组地址主存字块标记s = t + r 位q = c－r 位b 位组012c-r－1主存地址Cache主存储器m 位共 Q 组，每组内两块（r = 1)1 字块0 字块 1 字块 0 字块2c-r 字块2c-r+1 二、地址映像机制3. 组相联特点：主存地址块映射到Cache的固定组中 的任意块直接映像和全相联映像的折衷 二、地址映像机制3. 组相联若主存第i 块映象第k 组，则: k＝i mod（Q） （Q为Cache的组数） 设Q＝2q，则当表示为二进制数时，k实 际上就是i 的低 q 位：q 位ki： 二、地址映像机制3. 组相联n 路组相联：每组中有n 个块(n＝M/G ) n 称为相联度。 相联度越高，Cache空间的利用率就越高， 块冲突概