存储器的分类和主要性能指标（微机原理）PPT课件.ppt

西南大学电子信息工程学院　　 * 直接映射方式的检索过程： 由CPU访内存指令指定一 个内存地址，它由tag(s-r)， 行号(r)和字(w)组成； 先用地址中的r找到cache中 的此行； 后用地址中的s-r 位与此行 的标记进行比较； 若命中，则用地址中的w位 在cache中读取所需的字。 若未命中，则从内存中读取 该块。 西南大学电子信息工程学院　　 * 直接映像cache举例 西南大学电子信息工程学院　　 * 直接映射方式的主要优缺点： 优点：硬件简单，成本低。 缺点：不灵活，每个主存块只有一个固定的行位置可存放, 　　　容易产生冲突；Cache利用率不高。因此适合大容量 　　　cache采用。 ⑶ 组相联映射方式 　是前两种映射方式的折衷。 它将cache分成u组，每组v行， 主存块存放到哪个组是固定的， 至于存到该组哪 一行是灵活的， 即有如下函数关系： 　　　 m＝u×v 　　 　组号　q ＝j mod u ? 西南大学电子信息工程学院　　 * 组相联映射方式的检索过程： 由CPU访内存指令指定一个内存地址，它由tag( s-d )、 组号( d )和字( w )组成。 先用d在cache中找到相应组； 再用 s-d 位与该组中所有行 标记同时进行比较; 如果有一行的标记与之相符， 则命中此行，再用w 读取相应 的字。 如果任意行的标记不相符， 则cache未命中，从内存读取 数据。 西南大学电子信息工程学院　　 * 　例如：设u=4组,v=2行，m=u×v=8,主存容量为256块． 则：组号　q ＝j mod u ?分别为 S0组：B0,B4,B8,…B252; S1组：B1,B5,B9,…B253; S2组：B2,B6,B10,…B254; S3组：B3,B7,B11,…B255. 组相联映射方式的优点： 　每组行数v一般取值较 小，这种规模的v路比较 器容易设计和实现。而块 在组中的排放又有一定的 灵活性,可减少冲突。 西南大学电子信息工程学院　　 * 例如:80486 CPU内部的8KB高速缓冲器结构 采用4路组相连结构:每路2KB,128集,每集对应4×16字节高速 缓冲器行。 西南大学电子信息工程学院　　 * ⒍ 替换策略??????????????????? ????? 　　当cache已被占满，又要将新的主存字块调入时，如何 替换cache存储器中的内容？ 对直接映射的cache 　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 要从允许存放新主存块的若干特定行中选取一行换出。 硬件实现的常用替换算法有三种： ⑴最不经常使用(LFU)算法 ??? 将一段时间内被访问次数最少的那行数据换出。 每行设置一个计数器。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，将计数值最小的行换出，同 时将该行计数器清零。 西南大学电子信息工程学院　　 * ⑵近期最少使用(LRU)算法 ??? 将近期内最少使用过的行换出去。 　每行设置一个计数器， 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，将计数值最大的 行换出。 　此算法保护了刚拷贝 到cache中的新数据行， 有较高的命中率。 ⑶ 随机替换随机替换 　　从特定的行位置中随机地选取一行换出。 优点：硬件容易实现，且速度也比前两种策略快。 缺点：降低了命中率和cache工作效率。 西南大学电子信息工程学院　　 * ⒎　 cache的写操作策略　　　　　　　??????  CPU对cache的写入更改了cache的内容。如何与主存内容保持一致？有三种写操作策略： ⑴写回法 　　当CPU写cache命中时，只修改cache的内容，不立即 写入主存，只有当此行被换出时才写回主存。 优点：减少了访问主存的次数。 缺点：存在不一致性的隐患； 　　　每个cache行设一个修改标志位。 ⑵全写法 　　当写cache命中时，同时改写cache和主存； 　　当写cache未命中时，直接向主存进行写入。 优点：保证了cache与主存内容的一致性； 　　　cache中每行无需设置修改位以及相应的判断逻辑。 缺点：降低了cache的功效。 西南大学电子信息工程学院　　 * ⑶写一次法 　写命中与写未命中的处理方法与写回法基本相同，只是 第一次写命中时要同时写入主存。以便维护系统全部cache 的一致性。 ⒏ 奔腾PC机的cache 　　　　　　?????? 　⑴ 奔腾PC机采用两级cache结构。 　　cache(L1) 集成在CPU内部,容量16KB 分设成：8KB的指令cache, 只读,用单端口256位向指令 预取器提供指令代码；8KB 数