cache的作用是什么??

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cache是高速缓冲存储器 一种特殊的存储器子系统,其中复制了频繁使用的数据以利于快速访问。

Cache由标记存储器和数据存储器两个基本部分组成。标记存储器是用来储存Cache的控制位与块地址标签,控制位用于管理Cache的读写操作,而块地址标签则记录着Cache中各块的地址。这个地址包含了与主内存映射的块地址,并且都与Cache中的一块“数据”相对应。而这块“数据”正是贮存于Cache的数据存储器中。

当CPU读取数据时,先通过地址总线把物理地址送到Cache中,与Cache中的块地址标签进行对比。若相符合,则表示此数据已经存在于Cache中(此情况被戏称为“命中”),这时只需把Cache中的对应数据经由数据总线直接传送给CPU即可。但如果CPU送来的物理地址无法与Cache中的块地址标签相符,则表明这一数据不在Cache中(称为“失误”),这时,需要由主内存把CPU所需的数据地址拷贝到Cache中,再由Cache把数据传送给CPU。

从这个过程我们可以看到,若CPU读取“命中”,存取速度确实可以提高许多,但如果“失误”,则Cache的存在反而减慢了CPU的读取速度。因此,采用何种技术和方法提高读写命中率、减少失误率,就成了Cache设计的关键。加大Cache的容量当然可以提高命中率,但因成本问题,Cache不可能无限增大,但可以通过采用适当的映射方式和块替代方式来提高命中率。

知识拓展

Cache中的映射方式数据如何与主内存中的数据相对应的问题。映射方式通常有以下三种:

1.直接映射

如果主内存上的块只能映射到Cache中的特定块,我们称这种映射方式为直接映射。直接映射的存取速度最快,但失误率也最高。

2.完全映射

在这种映射方式下,主内存上的块可以映射到Cache的任意块之中,当CPU欲读取某一个块时,Cache会把CPU送来的地址与Cache中的所有地址标签进行对比。由于是完全对比,因此存取时间最长,但失误率也最低。

3.结合映射

这种映射方式是把Cache分成若干个页面,每个页面会有相同数目的块。主内存中数据块可以映射到Cache中指定页面的任一块中。这种映射方式可以看成是直接映射与完全映射的折衷,是效率最高的映射方式。

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