使用块的直接映射缓存答案

【问题标题】：Direct Mapped Cache using Blocks使用块的直接映射缓存
【发布时间】：2012-04-11 14:27:49
【问题描述】：

我知道这是一个家庭作业问题，我不要求答案。我只是想了解一下这个问题，请随意使用其他示例来解释。

我需要回答的问题是……

Each reference is a read of a 4-byte integer value and is described by the byte 
address of that integer.

Assuming a 1KB, 16B block, direct-mapped cache, initially empty, fill in whether 
each reference is a hit or a miss.

我们得到一个 4 字节的引用列表。例如 0x00000000, 0x00000006, ...

据我了解，有 64 个块 (1024/16)，每个块为 16 个字节。当它查看第一个引用时，它会丢失，它会将其带入缓存。我知道它会在缓存中引入下一个引用，因为每个块将包含 16 个字节。这是否意味着，在未命中时，它会带来 4 个引用，因为每个引用是 4 个字节？

【问题讨论】：

标签： caching hardware computer-architecture

【解决方案1】：

@shailesh 是对的，但要小心使用 reference 这个词。 reference 模式取决于程序。想象一下，我们编写一个 C 程序，它以 16 字节的步幅引用一个 char 数组。这是一个愚蠢的例程，基本上可以做到这一点：

void foo (char * x, int MAX) {
    int i;
    char a;

    for (i = 0; i < MAX; i += 16)
           a = x[i];
}

假设x 位于地址0x00000000。然后这个循环将引用地址 0x00000000、0x00000010、0x00000020、0x00000030 等等。在这种情况下，在第一次引用 x[0] 之后，x[0] 到 x[15] 将由于 16B 块大小而被带入缓存。但是下一个引用，即x[16]没有。换句话说，对于这里的缓存，此循环中的每个引用都会导致缓存未命中。

您会发现，在优化性能时，考虑机器的缓存组织和行为将帮助您避免此类糟糕的内存访问模式。

【讨论】：

【解决方案2】：

是的，您的理解是正确的。当从内存中读取一个字节时，时间局部性表明接下来的几个字节也将被随后读取。因此缓存的块大小通常超过 1 个引用，在本例中为 4 个引用。在下一次内存访问期间，如果处理器请求下一个引用，它已经在缓存中！

内存地址可以分为两部分：块地址和块偏移。块偏移将用于在缓存的同一块上的这些引用之间进行选择。另一部分，块地址进一步分为标签和索引字段。 index 字段用于选择访问哪个集合（在直接映射缓存的情况下，每个缓存块为 1 个集合）。 tag 字段从集合中选择缓存块。

【讨论】：