cache

cache是一个怎样的存在

• Cache 是一种小容量高速缓冲存储器，它由 SRAM 组成。

加快CPU访存速度有哪些方式？

1. 提高DRAM芯片本身的速度
2. 采用并行结构技术
3. 在CPU和主存之间引入cache

为什么要引入cache？

从两个角度解释，一是没有引入的话有什么不好的地方，二是引入的话有什么好处：

1. 没有它不好 CPU执行指令时，极快的CPU等待极慢的主存，CPU计算力被浪费
2. 有了它更好 优秀的程序员写出的程序具有良好的局部性，引入cache可以很好的利用这一点

那么问题来了什么叫程序的局部性？

• 程序的局部性体现在两个方面时间局部性和空间局部性。
• 时间局部性是指最近被访问的存储单元（指令或数据）很快会又一次被访问。
• 空间局部性是指正在被访问的存储单元附近的单元不久会被访问。
• 为了更好的利用程序的时间局部性，cache保存近期频繁被访问的主存单元的数据。
• 为了更好的利用程序的空间局部性，cache通常访存时，同时取回位置相邻的主存单元的数据，以数据块为单位和主存进行数据交换

为什么在引入cache会加快访存速度？

在 CPU 和主存之间设置一个快速小容量的存储器，其中总是存放最活跃（被频繁访问）的程序块和数据，由于程序访问的局部性特征，大多数情况下， CPU 能直接从这个高速缓存中取得指令和数据，而不必访问主存。

cache如何映射主存？

我们为什么要谈这件事呢？
这就要从CPU执行指令说起了，一条指令是CPU的最小操作单位，但是会包含一系列的微操作，这些微操作涉及到的数据来自存储器，这个过程就被我们叫做访存。而我们又知道访存不仅可以CPU直接与主存相连，还可以通过CPU连接借助cache与主存进行数据交换。这其中涉及到CPU与cache的数据交换，cache与主存的数据交换。对于一条指令，CPU解析出操作码字段，地址码字段等，地址码字段可以是寄存器编号或主存单元编号等，当然也可能是

• 三种方式：直接映射、全相联映射、组相联映射
  首先需要明白：
• 每个cache行需要一个有效位V，某行置V为0则淘汰该cache行的主存；装入一个新的主存块则置V为1。
• 无论是哪一种映射方法都是多个主存块映射到一个cache行中。
• cache对程序员是透明的，或者说是不可见的，程序员编程时根本不知道访存是在访问cache还是主存，但是对cache深入了解有助于写出更加高效的程序（或者说局部性更好的程序）。
  下面分别解释三种映射方式

直接映射

直接映射很简单就是模n同余的主存地址映射到同一个cache行中，这实现的主存映射到cache固定行

全相联映射

全相联映射是指对于每个主存块，在cache中随便找一个空闲行存放，这实现了每个主存块映射到cache中的任意行

组相联映射

• 组相联映射兼顾前两者的的特点，首先cache是分2^c行的，再把这些行分成2^q组，每组有2^c-q行。
• 每组2¹行称为2路组相联，每组2²称为4路组相联。
• 主存是分2^m块的，把这些块按照2^q/组群，分成2^m-q组群

最后

以上就是醉熏万宝路为你收集整理的cache的全部内容，希望文章能够帮你解决cache所遇到的程序开发问题。

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