提高主存儲(chǔ)器性能的措施(編輯修改稿)
2025-08-15 02:58 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? 15 00000 31 00001 15 47 32個(gè)字塊個(gè)字塊 00010 ?? ??511 11111第 0塊第 1塊主存 cache第 7塊第 0塊第 1塊第 7塊第 7塊第 1塊第 0塊第 0區(qū)第 127區(qū)直接映象方式示意圖直接映象方式示意圖直接相聯(lián)映象的特點(diǎn)直接相聯(lián)映象的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) :所需硬件簡(jiǎn)單所需硬件簡(jiǎn)單 ,成本低成本低 ；； 地址變換速度較快地址變換速度較快 。缺點(diǎn)缺點(diǎn) :塊沖突概率很高塊沖突概率很高 ；； Cache利用率很低利用率很低 。 有一個(gè)有一個(gè) Cache的容量為的容量為 128KB， 每塊為每塊為 16B,問：?jiǎn)枺?)該該 Cache可容納多少塊？可容納多少塊？2)主存容量為主存容量為 256MB， 則應(yīng)有多少塊？則應(yīng)有多少塊？3)主存的地址有多少位？主存的地址有多少位？ Cache的地址有的地址有多少位？多少位？4)在直接映象方式，主存地址分成哪幾個(gè)在直接映象方式，主存地址分成哪幾個(gè)部分？各部分多少位？部分？各部分多少位？練練 習(xí)習(xí) ⑶⑶ 組相聯(lián)映象方式組相聯(lián)映象方式即：各組之間是直接映象即：各組之間是直接映象 , 組內(nèi)各塊之間組內(nèi)各塊之間是全相聯(lián)映象。是全相聯(lián)映象。 組相聯(lián)映象方式是直接映象和全相聯(lián)映象組相聯(lián)映象方式是直接映象和全相聯(lián)映象方式的一種折衷方案。把方式的一種折衷方案。把 Cache字塊分成組，字塊分成組，允許將主存的塊映象到允許將主存的塊映象到 Cache固定組內(nèi)的任意固定組內(nèi)的任意塊。塊。組相聯(lián)映像方式Cache地址地址=組號(hào)組號(hào) (g)+組內(nèi)塊號(hào)組內(nèi)塊號(hào) (b)+塊內(nèi)地址塊內(nèi)地址主存地址主存地址=區(qū)號(hào)區(qū)號(hào) (E)+組號(hào)組號(hào) (G)+組內(nèi)塊號(hào)組內(nèi)塊號(hào) (B)+塊內(nèi)地址塊內(nèi)地址組相連映像方式的地址結(jié)構(gòu)組內(nèi)塊號(hào) b區(qū)號(hào) E 塊內(nèi)地址 W3主存主存地址地址記錄的是主存的哪個(gè)區(qū)中的哪一組的哪一塊調(diào)入記錄的是主存的哪個(gè)區(qū)中的哪一組的哪一塊調(diào)入cache的同一組同一塊。的同一組同一塊。E區(qū)號(hào) ， 組內(nèi)塊號(hào) BE、 5塊內(nèi)地址 w相等Cache地址組內(nèi)塊號(hào) B比較不等組號(hào) G組內(nèi)塊號(hào) b組號(hào) g，在地址映射時(shí)，主存塊寫入 CACHE塊時(shí)的標(biāo)記字段的內(nèi)容應(yīng)是什么？，如何操作？思考題答：主存塊的區(qū)號(hào)、組內(nèi)的塊號(hào)答：用主存地址的組號(hào)直接定位到 CACHE組，然后利用標(biāo)記判命中，用塊內(nèi)地址進(jìn)行變換。組相聯(lián)映象特點(diǎn)組相聯(lián)映象特點(diǎn) 介于直接映象和全相聯(lián)映象之間。介于直接映象和全相聯(lián)映象之間。 成本低于全相聯(lián)映象成本低于全相聯(lián)映象 ,速度高于全相聯(lián)映象。速度高于全相聯(lián)映象。? Cache利用率高于直接映象利用率高于直接映象 ,塊沖突概率低于塊沖突概率低于直接映象。直接映象。 替換算法替換算法（（ 1）） 隨機(jī)數(shù)替換算法隨機(jī)數(shù)替換算法 當(dāng)需要找替換塊時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)隨機(jī)數(shù)，它就是被替換的塊號(hào)。 這種算法完全不反映程序的局部性特點(diǎn)，只是算法簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)容易。 結(jié)論：不是一個(gè)好的算法。（（ 2）） FIFO算法（先進(jìn)先出）算法（先進(jìn)先出） 總是把一組中最先調(diào)入總是把一組中最先調(diào)入 Cache存儲(chǔ)器的字存儲(chǔ)器的字塊替換出去，它不需要隨時(shí)記錄各個(gè)字塊的使塊替換出去，它不需要隨時(shí)記錄各個(gè)字塊的使用情況，所以實(shí)現(xiàn)容易，開銷小。用情況，所以實(shí)現(xiàn)容易，開銷小。缺點(diǎn)：它沒有根據(jù)訪存局部性原理，最早調(diào)缺點(diǎn)：它沒有根據(jù)訪存局部性原理，最早調(diào)入的塊可能是以后還要用到的，或者是經(jīng)常入的塊可能是以后還要用到的，或者是經(jīng)常用到的。用到的。（（ 3）） LRU算法（近期最少使用法）算法（近期最少使用法）是把是把 Cache中近期最少使用的塊替換出去。中近期最少使用的塊替換出去。 控制規(guī)則為，被裝入或被訪問的塊，其控制規(guī)則為，被裝入或被訪問的塊，其對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)器清為對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)器清為 0，同組中其他所有塊所屬，同組中其他所有塊所屬的計(jì)數(shù)器都加的計(jì)數(shù)器都加 1。在塊。在塊 沖突發(fā)生時(shí)，將計(jì)數(shù)值沖突發(fā)生時(shí)，將計(jì)數(shù)值最大的塊作為替換對(duì)象。最大的塊作為替換對(duì)象。原始狀態(tài)原始狀態(tài) 替換替換 7 訪問訪問 5 訪問訪問 1 替換替換 6 0 7 5 1 6 1 0 7 5 1 2 1 0 7 5 3 2 1 0 7 4 3 2 2 0 5 4 3 3 2 6 5 4 4 3 7 6 6 6 4b. 用堆棧實(shí)現(xiàn)：用棧頂至棧底的先后次序來記用堆棧實(shí)現(xiàn)：用棧頂至棧底的先后次序來記錄錄 Cache同一組內(nèi)的各個(gè)塊被訪問的先后次序。同一組內(nèi)的各個(gè)塊被訪問的先后次序。 影響影響 Cache命中率的因素命中率的因素從從 Cache本身諸因素看，可能：本身諸因素看，可能： Cache的容量，大一些好；的容量，大一些好； Cache與主存每次交換信息的塊大小適中；與主存每次交換信息的塊大小適中； Cache不同的組織方式，多路組相聯(lián)更好；不同的組織方式，多路組相聯(lián)更好； Cache的多級(jí)組織可提高命中率；的多級(jí)組織可提高命中率； Cache裝滿后的替換算法。裝滿后的替換算法。Cache命中率與容量的關(guān)系命中率與容量的關(guān)系容量容量 (k字節(jié)）字節(jié)）100℅命中率命中率40℅60℅95℅1K 8K 32K 256K 512K128K90℅80℅Cache命中率與級(jí)數(shù)的關(guān)系命中率與級(jí)數(shù)的關(guān)系 若第若第 1級(jí)、第級(jí)、第 2級(jí)級(jí) CACHE命中率為命中率為 90℅ ，則，則它們合起來之后的命中率為多少呢？它們合起來之后的命中率為多少呢？1（（ 190℅ ）） （（ 190℅ ）） = 99℅Pentium 微機(jī)微機(jī) Cache 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介L(zhǎng)1指令CacheL1數(shù)據(jù)CacheL2CacheL3CACHECPU核心核心電路電路CPU封裝封裝主存主存CPU型號(hào)型號(hào) 內(nèi)部?jī)?nèi)部 L1Cache 內(nèi)部?jī)?nèi)部 L2Cache 外部外部 L2Cache8086 無 無 無80286 無 無 無80386 4KB外 無 無80486 8KB 無 無Pentium 8KB+8KB 無 256KB主板Pentium Pro 8KB+8KB 512KB 無Pentium 2 16KB+16KB 無 512KB基板Pentium 3 16KB+16KB 后期產(chǎn)品有 512KB基板Pentium 4 8KB+12KB 512KB 無CPU中的中的 Cache的容量的發(fā)展的容量的發(fā)展CPU型號(hào) CPU工作頻率 MHz前端總線頻率 MHzL1Cache周期 nsL2Cache周期 ns80486DX4 100 33 10 30Pentium 233 66 15P
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