计算机组成原理 第四章 存储系统（2）

4.6 多体交叉存储器

1.多体交叉存储器的提出背景

2.高位多体交叉存储器的组织方式

3.低位多体交叉存储器的组织方式

4.低位多体交叉存储器的性能分析

4.7 Cache的基本原理

1.存储系统中的Cache视图

• Cache的功能：缓解快速CPU与慢速的主存之间的速度差异
• Cache的理论基础：局部性原理

2.Cache的工作过程

读操作

Cache的数据是有效吗？
DMA(存储器直接访问)修改主存数据可能导致数据无效
[Cache命中:CPU需要的字在Cache中可以找到]
[Cache缺失：CPU在Cache中找不到，就要到主存中找，找到之后读入CPU并将该字所在的数据块导到Cache中的某一行]

写操作

Write Back比Write Through操作快
因为Write Back使用了Cache的快速特性而Write Through没有。

3.Cache地址映射机制

4.Cache的结构

• Cache被分成若干行，每行的大小与主存块相同
• Cache每行包含四个部分，是Cache要保存的信息。Tag从CPU访问主存的地址中剥离得到、Data是与主存交换的数据块、Valid表示Cache中的数据是否有效、Dirty表示主存中的数据是最新。

4.8 相联存储器

1.相联存储器的作用

判断CPU要访问的内容是否在Cache中

2.判断的基本思路

3.相联存储器的基本结构及工作原理

4.相联存储器的一种技术实现

4.9 Cache地址映射与变换方法

1.主存与cache地址映射概述

常见的三种映射方式：

• 全相联
• 直接相联
• 组相联

2.全相联映射的工作原理

• 主存分块，Cache分行，两者大小相同
• 设每块4个字，主存大小为1024个字，则第61个字的主存地址为：
  00001111(块号) 01(块内地址)
• 主存分块后地址就从一维变成二维
• 映射算法：主存的数据块可映射到Cache任意行，同时将该数据块地址对应行的标记存储体中保存。

全相联映射的工作原理
全相联映射的特点：

• Cache利用率高
• 块冲突率低
• 淘汰算法复杂

应用场合

• 小容量Cache

3.直接映射的工作原理

• 主存分块，Cache分行，两者大小相同
• 主存分块后还将以Cache行数为标准进行分区
• 设每块4个字，主存大小为1024字，Cache分为4行，第61个字的主存地址为：000011 11 01
  （区号、区内块号、块内地址）
• 主存地址从一维变成三维
• 映射算法：
  Cache共n行，主存第j块号映射到Cache的行号为：i=j mod n
  即主存的数据块映射到Cache特定行
  
  

全相联和直接映射的比较

4.组相连映射的工作原理

• 主存分块，Cache分行，两者大小相同
• Cache分组(每组中包含k行)，本例假定K=4
• 主存分块后还将以Cache组数为标准进行分组
• 设每块4个字，主存大小为1024字
• Cache分为4行，第61个字的主存地址为：
  0000111 1 01（组号，组内块号，块内地址）
  主存地址从一维变成三维

映射算法：
Cache共n组，主存第j块号映射到Cache的组号为：
i=j mod n
即主存的数据块映射到Cache特定组的任意行