第十讲(cache存储器)要点课件•Cache存储器概述contents•Cache存储器与主存的映射方式•Cache存储器的替换算法•Cache存储器的性能分析•Cache存储器的优化策略目录01Cache存储器概述Cache存储器的定义01Cache存储器是一种高速缓冲存储器，用于暂时存储CPU经常访问的指令和数据，以便快速访问和提高系统性能。02它通常位于CPU和主存之间，作为它们之间的缓冲，使得CPU能够快速访问所需数据，而不需要频繁地从主存中读取。Cache存储器的工作原理当CPU需要访问数据时，它会首先检查该数据是否在Cache中。如果数据在Cache中，CPU可以直接从Cache中读取数据，而不需要访问主存。如果数据不在Cache中，CPU会从主存中读取数据，并将其复制到Cache中。这样，下次当CPU需要访问该数据时，可以直接从Cache中读取，提高了访问速度。Cache存储器的分类根据Cache存储器的容量大小，可以分为小容量Cache和大容量Cache。小容量Cache通常位于CPU内部，容量较小，但访问速度非常快。大容量Cache通常位于CPU外部，容量较大，但访问速度较慢。根据Cache存储器的读写方式，可以分为写回式Cache和写穿式Cache。写回式Cache在写入数据时会将其复制到主存中，而写穿式Cache在写入数据时会直接将数据写入主存。02Cache存储器与主存的映射方式直接映射总结词详细描述一种简单的映射方式，将主存中的块直接映射到Cache的固定块位置。直接映射方式中，Cache被划分为若干个固定大小的块，每个块与主存中的一块具有固定对应关系。当访问主存时，根据访问地址直接确定对应的Cache块，将数据从主存块读入Cache块中。这种方式的优点是简单、速度快，但缺点是灵活性差，容易造成Cache浪费。VS全相联映射总结词一种自由的映射方式，允许主存中的任意块映射到Cache的任意块位置。详细描述全相联映射方式中，Cache中的每个块可以存储主存中的任意一块数据。当访问主存时，需要查找Cache中是否有对应的块，如果有则将数据读入Cache块中，否则需要将数据从主存中读取并替换掉Cache中的某块数据。这种方式的优点是灵活性高，但缺点是查找时间长，需要逐个比较Cache中的每个块。组相联映射总结词详细描述一种折中的映射方式，将主存中的块分组，每组内的块映射到Cache的固定块位置。组相联映射方式中，将主存中的块分成若干组，每组内的块具有固定的对应关系。Cache被划分为与主存组数相同的组，每个组中的块可以存储主存中对应组内的任意一块数据。当访问主存时，首先确定访问的块属于哪个组，然后在Cache中查找该组对应的块，如果有则将数据读入Cache块中，否则需要将数据从主存中读取并替换掉Cache中的某块数据。这种方式的优点是查找时间较短且具有一定的灵活性，缺点是仍然存在Cache浪费的问题。03Cache存储器的替换算法先进先出算法（FIFO）总结词FIFO是最简单的替换算法，它按照数据块进入缓存的顺序来决定替换哪个数据块。详细描述当缓存满了，需要替换数据块时，FIFO算法会选择最先进入缓存的数据块进行替换。这种算法实现简单，但可能替换掉最近经常使用的数据块，导致缓存命中率较低。最近最少使用算法（LRU）总结词LRU算法会选择最近最少使用的数据块进行替换。详细描述当缓存满了，需要替换数据块时，LRU算法会选择最近最少使用的数据块进行替换。这种算法能够较好地适应数据访问模式，提高缓存命中率，但实现起来相对复杂一些。最不经常使用算法（LFU）总结词LFU算法会选择最不经常使用的数据块进行替换。详细描述当缓存满了，需要替换数据块时，LFU算法会选择最不经常使用的数据块进行替换。这种算法能够提高缓存命中率，但实现起来较为复杂，需要记录每个数据块的访问频率。04Cache存储器的性能分析Cache存储器的命中率010203命中率影响因素优化策略衡量Cache存储器效率的重要指标，指程序访问Cache成功命中的次数与总访问次数的比值。Cache容量、块大小、程序特性、替换策略等。根据程序特性调整Cache容量和块大小，采用合适的替换策略，以提高命中率。Cache存储器的效率效率影响因素优化策略指Cache存储器完成一次访问所需的时间与直接访问存储器所需时间的比值。Cache访问速度、块大小、Cache层次结构...
