chapter4计算机组成原理-存储器(3）cache.ppt

二、Cache – 主存的地址映射 直接映射（固定） 全相联映射（灵活性大） 组相联映射（折中的） 4.3 由主存地址映射到Cache地址称为地址映射 规定缓存中各页只接收主存中相同页号内容的副本，即不同段中页号相同的内容只有一个能复制到缓存中去。 这种映象的限制使对高速缓存的寻址变得相当简单，在地址索引机构中只要存入地址的段号即可。 主存一个区块可能映象到Cache的一个对应地方。 1. 直接映射 二、Cache – 主存的地址映射 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 0 1 2c－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 每个缓存块 i 可以和 若干 个 主存块 对应 每个主存块 j 只能和 一 个 缓存块 对应 映射关系i = j mod C i = j mod 2c 4.3 字块2c+1 字块2c 字块0 字块 0 1. 直接映射 二、Cache – 主存的地址映射 特点： 1、不够灵活，每个主存块只能固定 地对应某个缓存块，即使缓存内空着位 置也不能占用，缓存的存储空间不能得 到充分利用 2、若程序恰好重复访问对应同一缓存位置 的不同主存块，需要不停替换，降低命中率 1. 直接映射 二、Cache – 主存的地址映射 2. 全相联映射 主存 中的 任一块 可以映射到 缓存 中的 任一块 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+c Cache 存储器 主存储器 字块0 4.3 特点： 1、灵活 2、命中率高，缩小了块冲突率 3、逻辑电路多，成本高，减少比较次数 （主存字块从t位增加到t+c位，使Cache标记的位数增多， 访问Cache时主存字块标记要和Cache的全部标记进行比较，才能判断出所访问主存地址的内容是否已在Cache中，常用“按内容寻址的”相联存储器来完成） 2. 全相联映射 二、Cache – 主存的地址映射 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 0 1 2c-r－1 主存地址 Cache 主存储器 m 位 共 Q 组，每组内两块（r = 1) 1 某一主存块 j 按模 Q 映射到 缓存 的第 i 组中的 任一块 i = j mod Q 直接映射 全相联映射 3. 组相联映射：前两种方式的折中 4.3 字块0 字块 1 字块 0 字块2c-r 字块2c-r+1 小结 某一 主存块 只能固定 映射到 某一 缓存块 直接 全相联 组相联 某一 主存块 能 映射到 任一 缓存块 某一 主存块 只能 映射到 某一 缓存 组 中的 任一块 不灵活 成本高 4.3 例子 4.8-4.11 例1： 例1： 解： 例1： 解： 例1： 解： (8192/64=128) 例1： 解： 例2： 例2： 例2： 解： 解： 例2： 例2： 解： 例3： 三、替换算法 1. 先进先出 （ FIFO ）算法 近期最少使用（ LRU）算法 随机法 4.3 在Cache中，选择置换策略追求的目标是获得最高的命中率 * LRU 策略选择CPU最近最少访问的页作为被替换的页。 优点：利用访问的局部性原理，平均命中率比FIFO高 缺点：需要记录各字块的使用情况，推测方法，比较复杂 FIFO 策略选择最早装入高速缓存的页作为被置换的页。 优点：不需要记录各字块的使用情况，容易实现，开销小 缺点：未考虑访问的局部性原理，不能提高Cache命中率 随机法随机确定被替换的块 优点：简单 缺点：未考虑访问的局部性原理，不能提高Cache命中率 * 2016年秋季学期 主讲人：傅游