软件设计师精讲 Cache

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Cache-概念

它可以解决CPU与主存之间速度、容量不匹配的问题

• 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。（时间局部性、空间局部性）

三级存储体系。 不包含寄存器。

• 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，以读操作为例， 使用“Cache+主存储器”的系统的平均周期为 t_3，则 t₃=h×t₁+(1-h)×t₂ |其中，(1-h) 又称为失效率（未命中率）。
• 直接相联映像：硬件电路较简单，但冲突率很高。
• 全相联映像：电路难于设计和实现，只适用于小容量的cache，冲突率较低。
• 组相联映像：直接相联与全相联这中。

注：主存和Cache之间的地址映射由硬件直接完成。

Cache-映像

地址映像是将主存与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1GB，划分为2048页，每页512KB；Cache容量为8MB，划分为16页，每页512KB。

Cache-直接相联映像

特点：

电路简单

冲突率高

Cache-全相联映像

冲突率低；

电路复杂；

Cache-组相联映像

电路复杂度折中

冲突率折中

Cache-映像

	冲突率 （高、中、低）	电路复杂度 （复杂、简单、折中）
直接相联映像	高	简单
全相联映像	低	复杂
组相联映像	中	折中

例题讲解

以下关于Cache（高速缓冲存储器）的叙述中，不正确的是（）。

A、Cache 的设置扩大了主存的容量 √

B、Cache 的内容是主存部分内容的拷贝

C、Cache 的命中率并不随其容量增大线性地提高

D、Cache 位于主存与CPU之间

在程序执行过程中，高速缓存（Cache）与主存间的地址映射由（）

A、操作系统进行管理

B、存储管理软件进行管理

C、程序员自行安排

D、硬件自动完成 √

主存与Cache的地址映射方式中，（）方式可以实现主存任意一块装入Cache中任意位置，只有装满才需要替换。

A、全相联 √

B、直接映射

C、组相连

D、串并联