第七章组成理课件.ppt

直接映象及其变换的优缺点 ? 主要优点： 硬件实现很简单，不需要相联访问存储器 访问速度也比较快，实际上不需要进行地址变换 ? 主要缺点： 块的冲突率比较高。 例如：上例中将Cache分成两个组，每个组中包含四个块则： 主存和Cache的地址结构: 主存地址: 区号 组号 组内块号 块内地址 A19~A13 A12 A11 A10 A9~A0 Cache地址: 组号 组内块号 块内地址 A12 A11 A10 A9~A0 可以看出主存和Cache的组号和块内地址相同 对照表中记录了主存的哪个区中某一组的哪一块调入了Cache的同一组的哪一块. 在组相联映像方式中，当每组的块容量为1时，就成了直接相联映像；但每组的块容量与Cache的块容量相等时，就成了全相连映像. 组相连映像的复杂性介于两者之间 Cache的命中率不仅与映像方式有关,还和Cache的容量有关. 2.? 替换策略? cache工作原理要求它尽量保存必威体育精装版数据。当一个新的主存块需要拷贝到cache，而允许存放此块的行位置都被其他主存块占满时，就要产生替换。 替换问题与cache的组织方式紧密相关。 对直接映射的cache来说，因一个主存块只有一个特定的行位置可存放，所以问题解决很简单，只要把此特定位置上的原主存块换出cache即可。 对全相联和组相联cache来说，就要从允许存放新主存块的若干特定行中选取一行换出。 如何选取就涉及到替换策略，又称替换算法。硬件实现的常用算法主要有以下三种： 诊蔚道棋识持镁求抑净背岳郎沪啸援痘鞘际义但仗窗钨估村啦绣陨锈毙在第七章组成理课件第七章 ①最不经常使用(LFU)算法 LFU算法认为应将一段时间内被访问次数最少的那行数据换出。为此，每行设置一个计数器。新行建立后从0开始计数，每访问一次，被访行的计数器增1。当需要替换时，对这些特定行的计数值进行比较，将计数值最小的行换出，同时将这些特定行的计数器都清零。这种算法将计数周期限定在对这些特定行两次替换之间的间隔时间内，因而不能严格反映近期访问情况。 靳莱彤迫溯恩核阜殊型毡听民朋杀僳防挡沃要吾标濒滤钢甭耸石溉挑柔弦第七章组成理课件第七章 ②近期最少使用(LRU)算法 LRU算法将近期内长久未被访问过的块换出。为此，每行也设置一个计数器，但它们是cache每命中一次，命中行计数器清零，其它各行计数器增1。当需要替换时，比较各特定行的计数值，将计数值最大的行换出。这种算法保护了刚拷贝到cache中的新数据行，符合cache工作原理，因而使cache有较高的命中率。对2路组相联的cache来说，LRU算法的硬件实现可以简化。因为一个主存块只能在一个特定组的两行中来做存放选择，二选一完全不需要计数器，只需一个二进制位即可。 例如规定一组中的A行拷贝进新数据可将此位置“1”，B行拷贝进新数据可将此位置“0”。当需要置换时，只需检查此二进制位状态即可：为0换出A行，为1换出B行，实现了保护新行的原则。奔腾CPU内的数据cache是一个2路组相联结构，就采用这种简捷的LRU替换算法。 钟眺迹锚唁谈爹肇卡师悼砧数掷腰莽有邢对挡厨柠腿昂铆糜版枯塞豪伯厚第七章组成理课件第七章 ③ 随机替换 随机替换策略实际上是不要什么算法，从特定的行位置中随机地选取一行换出即可。这种策略在硬件上容易实现，且速度也比前两种策略快。缺点是随意换出的数据很可能马上又要使用，从而降低命中率和cache工作效率。但这个不是随着cache容量增大而减小。研究表明，随机替换策略的功效只是稍逊于前两种策略。? 管据刺里瘴执宣备邹忆鸣悲幢哟混殆蔬桐猜耽剔怯伪艳铡矫挥考浅霹谴女第七章组成理课件第七章 3. cache的写操作策略? 由于cache的内容只是主存部分内容的拷贝，它应当与 主存内容保持一致。而CPU对cache的写入更改了cache 的内容。如何与主存内容保持一致，可选用如下三种写操作策略。 丝吭荷雍囚梭痊恋巫晰燥烷敲醋禹暴钡灶嚏赎贫色躲萍嘶苗亮捡勤嘱冀筷第七章组成理课件第七章 ①写回法 写回法要求：当CPU写cache命中时，只修改cache的内容，而不立即写入主存；只有当此行被换出时才写回主存。这种方法使cache真正在CPU主存之间读/写两方面都起到高速缓存作用。对一个cache行的多次写命中都在cache中快速完成，只是需要替换时才写回速度较慢的主存，减少了访问主存的次数。实现这种方法时，每个cache行必须配置一