Cache对系统结构的影响 存储器冲突：取指与数据读写 >分体Cache ●】 总线占用：CPU和I/O竞争访问主存 减少CPU访问主存 副作用：一致性，时序可预测性 主机 processor memory I/O Interface I/O Interface Fetch I-Cache Decode (adapter) (adapter) Memory Execute Memory D-Cache Write-back l/O device I/O device
Cache对系统结构的影响 • 存储器冲突：取指与数据读写 ➢ 分体Cache • 总线占用：CPU和I/O竞争访问主存 ➢ 减少CPU访问主存 • 副作用：一致性，时序可预测性
Cache miss:阻塞式(blocking,stall多个周期 2 Imm16 E ALU result 32 32 I-Cache Rs BusA 0123 inon7 D-Cache RA Instruction Rt 5 Address RB BusB 32 Address Data_out 1 RW BusW 23 Data_in 32 32 01 Rd clk I-Cache miss or D-Cache miss causes pipeline to stall Interface to L2 Cache or Main Memory
Cache miss：阻塞式（blocking，stall多个周期？)
Cache-主存”与“主存-辅存”层次的区别 sc》 存储层次 “Cache-主存”层次 “主存一辅存”层次 比较项目 CPU 目 的 为了弥补主存速度的不足 为了弥补主存容量的不足 存储管理实现 主要由专用硬件实现 由硬件和软件实现 高速缓存 Cache 访问速度的比值 几比一 几百比一 (第一级和第二级) 辅助硬件 飞84■88■88588 主存 典型的块（页）大小 几十个字节 几百到几千个字节 辅助硬件和软件 CPU对第二级的 访问方式 可直接访问 均通过第一级 辅存 失效时CPU是否切换 不切换 切换到其他进程 Virtual Memory Mapping Cache Mapping Secondary Storage Registers Words Blocks Pages Cache Processor Main Memory
“ Cache－主存”与“主存－辅存”层次的区别
例：访问X前后Cache变化：miss-hit X4 X4 图5.7 X1 X1 Xn-2 Xn-2 Xn-1 Xn-1 X2 X2 Xn X X3 a.Before the reference to X b.After the reference to Xn ·设初始时，Xn不在Cache中 Block Transfer Word Transfer 人 ·两个问题 人 一数据放在哪儿？ CPU Cache Main Memory 一如何判断是否命中？
例：访问Xn前后Cache变化：miss -> hit • 设初始时，Xn不在Cache中 • 两个问题 – 数据放在哪儿？ – 如何判断是否命中？ 图5.7
本讲内容：Cache系统（单处理器） ·为什么需要Cache? 一性能、结构 三个关键问题：PWR 。 Cache?有效性的理论基础 the mapping function(映射) -局部性原理：时间，空间 the link between a block's address ·影响Cache命中率的因素 in memory and its location in the cache; Cache的基本结构，5.3 Block Placement Schemes Cache的读写操作过程，5.3,5.8 o the write policy Cache-一致性 how the processor writes data to ·阻塞式Cache the cache so that main memory eventually gets updated; Cache-MEM映射机制，5.4,5.8 the replacement algorithm ·块放哪儿？ - the method used to figure out Cachel的替换策略，5.4,5.8 which block to remove from the cache in order to free up a line. Cache控制器：5.9,5.12 Cache性能分析 COD5 ·主要见体系结构课 5.3,5.4,5.8,5.9,5.12 Cache Coherence,5.10 唐：4.3，附录4A ·见体系结构课
本讲内容：Cache系统（单处理器） • 三个关键问题：PWR • the mapping function（映射） – the link between a block's address in memory and its location in the cache; – Block Placement Schemes • the write policy – how the processor writes data to the cache so that main memory eventually gets updated; • the replacement algorithm – the method used to figure out which block to remove from the cache in order to free up a line. • COD5 – 5.3, 5.4, 5.8, 5.9, 5.12 • 唐：4.3，附录4A • 为什么需要Cache？ – 性能、结构 • Cache有效性的理论基础 – 局部性原理：时间，空间 • 影响Cache命中率的因素 • Cache的基本结构，5.3 • Cache的读写操作过程，5.3，5.8 • Cache一致性 • 阻塞式Cache • Cache-MEM映射机制，5.4，5.8 • 块放哪儿？ • Cache的替换策略，5.4，5.8 • Cache控制器：5.9，5.12 • Cache 性能分析 • 主要见体系结构课 • Cache Coherence，5.10 • 见体系结构课