一、 高速缓存的工作原理
1.主存
字： 是指存放在一个存储单元中的二进制代码组合
字块： 存储在连续的存储单元中而被看作是一个单元的一组字
◆ 一个字有32位
◆ 一个字块共B个字
◆ 主存共M个字块
BM = 主存总字数
BM*32 = 主存总容量(bits)
（1）字的地址
◆ 字的地址包含两个部分
◆ 前m位指定字块的地址
◆ 后b位指定字在字块中的地址
（2）例子
假设主存用户空间容量为4G，字块大小为4M，字长为32位，则对于字 地址中的块地址m和块内地址b的位数，至少应该是多少？
4???? = 4096????
字块数：4096 ÷ 4 = 1024
字块地址m： log2 1024 = 10
块内字数：4???? ÷ 32???????????? = 1048576
块内地址b： log2 1048576 = 20
???? ≥ 10 b ≥ 20
2.高速缓存
◆ 存储的逻辑结构类似
◆ 缓存的容量较小
◆ 缓存的速度更快
◆ CPU需要的数据不在缓存里
◆ CPU需要的数据在缓存里
◆ 不在缓存的数据需要去主存拿
（1）命中率
◆ 命中率是衡量缓存的重要性能指标
◆ 理论上CPU每次都能从高速缓存取数据的时候，命中率为1
（2）例子
假设CPU在执行某段程序时，共访问了Cache命中2000次，访问主存 50次，已知Cache的存取时间为50ns，主存的存取时间为200ns，求Cache主存系统的命中率、访问效率和平均访问时间。
命中率
访问效率
平均访问时间
0.97 ∗ 50 + 1 − 0.97 200 = 54.5????????
二、高速缓存的替换策略
需要性能良好的缓存替换策略
高速缓存中没有需要的数据，所以需要替换
◆ 随机算法
◆ 先进先出算法(FIFO)
- 优先替换最先进入队列的字块
- 把高速缓存看做是一个先进先出的队列
◆ 最不经常使用算法(LFU)
- 需要额外的空间记录字块的使用频率
- 优先淘汰最不经常使用的字块
◆ 最近最少使用算法(LRU)
最近最少使用算法 (LRU)
- 有多种实现方法，一般使用双向链表
- 优先淘汰一段时间内没有使用的字块
- 把当前访问节点置于链表前面（保证链表头部节点是最近使用的）