(39)--3.5.1 Cache存储器的基本原理.ppt

3.5.1Cache存储器的基本原理1.Cache存储器的概念Cache存储器是一种提高存储器的工作速度，满足CPU对存储器高速访问需求的重要技术。根据程序的局部性原理和SRAM和DRAM存储器的制造工艺发展情况，综合考虑速度、容量和价格，构建“小容量、高速度Cache（SRAM）+大容量、低速度主存(DRAM)”的存储体系，从而提高存储器的工作速度。CPU主存主存CacheCache存储器增加在CPU和主存之间，存放主存局部的拷贝，尽量让CPU的访存在Cache中完成，提高存储器的工作速度。Cache(SRAM)速度快、价格高、但容量小，和主存(DRAM)一起构成高性价比的“Cache-主存”存储体系。Cache对CPU透明。2.Cache存储器的设计思路“Cache-主存”存储体系：速度接近于Cache，容量等于主存，价格接近主存。CPU按字访问Cache和内存，内存和Cache间按块高速交换数据。注意：“Cache-主存”存储体系对主存容量没有扩充!2.Cache存储器的设计思路CPU主存主存Cache“Cache-主存体系”的设计依据是程序的时间、空间局部性原理，可以将CPU当前正在访问的一部分指令和数据整块放到高速、小容量的Cache存储器中，提高存储器的工作速度。3.Cache存储器的设计理论依据CPU程序计数器PC000001100000110000011 为了便于地址为了便于地址变换变换，也便于替换和管理，把，也便于替换和管理，把CacheCache和主和主存分成大小相等的若干块。主存中的程序以块为单位预先装存分成大小相等的若干块。主存中的程序以块为单位预先装入入CacheCache中待等中待等CPUCPU执行。执行。4.Cache存储器的设计方法CPU程序计数器PC整块交换按字访问按字访问内存和Cache地址都划分为：块号+块内偏移地址0000000001000100001100100001010011000111010000100101010010110110001101A4A0000 11000 00000 01000 10第第0块块001 01001 10001 11第第1块块001 00010 01010 10010 11第第2块块010 004.Cache存储器的设计方法2n个存储单元划分为一个块，并且边界对齐CPU主存地址主存地址0000 000000 010000 100000 110001 000001 010001 100001 110010 000010 010010 100010 110011 000011 010011 100011 110110 000110 010110 10块内地址Cache块号10010000 00000 01000 10000 11001 00001 01001 10001 11010 00010 01010 10.Cache地址地址00010100001 10010 10程序计数器PC4.Cache存储器的设计方法主存块号Cache块号5.Cache存储器需要解决的问题CPU程序计数器PC地址变换替换策略写一致性性能评价