淺析高速緩存

1、20112012學(xué)年第學(xué)年第1學(xué)期期末考試學(xué)期期末考試考試科目：考試科目：現(xiàn)代操作系統(tǒng)學(xué)院：院：物電學(xué)院專業(yè)：業(yè)：計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)學(xué)號(hào)：號(hào)：11110842184姓名：名：陶正飛任課教師：任課教師：吳承文溫州大學(xué)時(shí)間：2011年12月20日時(shí)，實(shí)際上指的就是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的容量。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器越大，能緩沖的信息就越多，越能滿足要求。Cache不象人們想象的是字節(jié)序列，對(duì)于第五代或更新的微機(jī)，Cache是Cache行的集合，每一個(gè)Cache行一般包

2、含32個(gè)字節(jié)，這意味著對(duì)Cache的數(shù)據(jù)存取一次完成32字節(jié)，而不是一個(gè)字節(jié)。一個(gè)Cache行最少不能少于8個(gè)字節(jié)（64位），因?yàn)镻entium或最新微機(jī)的字長(zhǎng)是64位。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器采用32個(gè)字節(jié)（256位）的原因是內(nèi)存的存取有4個(gè)突發(fā)周期。特征存儲(chǔ)器特征存儲(chǔ)器：這是用于表明內(nèi)存對(duì)于Cache的具體使用情況的一小塊內(nèi)存。它的容量決定Cache能緩沖多大內(nèi)存?？刂齐娐房刂齐娐罚河糜诳刂艭ache的運(yùn)行。4.2Cache的內(nèi)存映射技術(shù)的內(nèi)存映

3、射技術(shù)直接映射法(Directmapped)：直接映射法[3]是內(nèi)存中的一塊只能放到高速緩存中一個(gè)固定的塊中，即內(nèi)存中的不固定的一塊。這種方法的好處是當(dāng)硬件需要知道某一個(gè)內(nèi)存塊是否存在于高速緩存中時(shí)，只要檢查它映射的高速緩存塊即可，故節(jié)省硬件成本。由于內(nèi)存的容量遠(yuǎn)大于高速緩存，可能會(huì)有多對(duì)一的映射，所以若要使用的數(shù)個(gè)內(nèi)存塊都映射到同一個(gè)高速緩存塊時(shí)，就不斷會(huì)有數(shù)據(jù)在內(nèi)存和高速緩存間搬動(dòng)，即使高速緩存中仍有空間也無法使用。這就降低了高速緩

4、存的使用率以及整個(gè)內(nèi)存系統(tǒng)的性能。這是最簡(jiǎn)單的技術(shù)，按照Cache行的數(shù)童將內(nèi)存分成同樣多的塊。假如有32字節(jié)Cache行的512KB的Cache，有521K32=16K個(gè)Cache行，因此將內(nèi)存分成16K塊，假如內(nèi)存為64MB，每塊內(nèi)存有64MB16KB=4K個(gè)字節(jié)。同一塊內(nèi)存的所有字節(jié)使用同一個(gè)Cache行。因此對(duì)此例來說4K字節(jié)共用一個(gè)Cache行。完全相關(guān)法(Fullyassociative)：性能最高且成本昂貴的方法是完全相關(guān)

5、法。使用這種方法，任何一個(gè)內(nèi)存塊都可存放到高速緩存的任何一個(gè)塊中，也就是說任何一個(gè)字節(jié)可以使用任何一個(gè)Cache行。只要高速緩存仍有剩余空間內(nèi)存塊即可存入，故高速緩存的使用率以及整個(gè)內(nèi)存系統(tǒng)的性能是最高的。然而，當(dāng)硬件需要知道某一個(gè)內(nèi)存塊是否存在于高速緩存中時(shí)，就必須檢查所有的高速緩存塊，這也耗費(fèi)了大量的硬件成本。N路組相關(guān)法(Nwaysetassociative)：是把高速緩存分成N個(gè)部分，每個(gè)塊的大小可以放進(jìn)數(shù)個(gè)塊，而內(nèi)存的每個(gè)塊都

6、指定只能放進(jìn)高速緩存中N個(gè)部分塊的其中一塊。這樣，當(dāng)硬件需要知道某一個(gè)內(nèi)存塊是否在于高速緩存中時(shí)，就必須檢查它映射的那個(gè)部分的所有塊，這就增加了硬件成本。但是只要這個(gè)內(nèi)存塊所映射的部分尚有空余，它就可以放進(jìn)高速緩存中，因此，在高速緩存的使用率和整個(gè)內(nèi)存系統(tǒng)上比前一種為佳。一般N越大，性能越好。N是一個(gè)整數(shù)，例如2、4、8等等，這種技術(shù)是上兩種技術(shù)的折中。在這種技術(shù)中，Cache分成組，每組有N個(gè)Cache行。例如N=4，同上例，對(duì)Cac

7、he來說，共分成16K4=4K組，每組有4個(gè)Cache行。每一個(gè)字節(jié)與一組Cache行對(duì)于，可以使用組內(nèi)的任何一個(gè)Cache行。也就意味著對(duì)于一個(gè)字節(jié)來說可能存于4個(gè)Cache行中，可共享的Cache行增加了。從理論上講直接映射技術(shù)和完全相關(guān)映射技術(shù)都是N路組相關(guān)映射技術(shù)的特例。如果N=1，就是直接映射方法；如果N=Cache行數(shù)，就是完全相關(guān)映射技術(shù)。4.3Cache內(nèi)存映射技術(shù)的比較內(nèi)存映射技術(shù)的比較Cache的內(nèi)存映射技術(shù)直接影響