1、计算机原理及系统结构第三十四讲主讲教师：赵 宏伟 学时： 64第 8章高速缓冲存储器和虚拟存储器本章主要内容w 高速缓冲存储器（ Cache）n 高速缓存的基本运行原理n 高速缓存的 3种映像方式n 高速缓存使用中的几个问题w 虚拟存储器n 虚拟存储器概述n 段式存储管理n 页式存储管理3微电子技术发展趋势wCPU与 DRAM性能比较P214 4程序的局部性原理w 程序在一定时间段内通常只访问较小的地址空间w 两种局部性： 时间局部性 和 空间局部性n 时间局部性：最近被访问的信息很可能还要被访问。w 将最近被访问的信息项装入到 Cache中。n 空间局部性：最近被访问的信息临近的信息也可能被
2、访问。w 将最近被访问的信息项临近的信息一起装入到 Cache中。地址空间访问概率5高速缓冲存储器（ Cache）w 用途： 设置在 CPU 和 主存储器之间，完成高速与 CPU 交换信息，尽量避免 CPU不必要地多次直接访问慢速的主存储器，从而提高计算机系统的运行效率。w 实现： 这是一个存储容量很小，但读写速度更快的，以 关联存储器方式 运行、用静态存储器芯片实现的存储器系统。w 要求： 有足够高的命中率，既当 CPU需用主存中的数据时，多数情况可以直接从 CACHE中得到，称二者之比为命中率。6计算机原理及系统结构第三十五讲主讲教师：赵 宏伟 学时： 64CACHE的基本运行原理w Ca
3、che存储单元的组成部分n 数据字段 ：保存从主存单元复制过来的数据n 标志字段 ：保存相应主存单元的地址信息n 有效位字段 ：标识 数据字段 和 标志字段 的是否有效w 提高 Cache性能，降低成本n Cache单元的大小： cache line size（ 几个主存字，减少标志位位数，较少 Cache总容量）n Cache与主存交换数据的单位： cache line size（ 充分利用空间局部性）n Cache单元与主存单元的对应关系，例如：w 完全随意对应、一对多硬性对应和多对多有限随意对应n Cache的容量、分层组织、接入方式等方面P215 8CACHE的基本运行原理MEMORY CACHE CONTROL数据总线译码选一单元比较选一行读过程为例地址总线ADDR DATA CACHECPU 9CACHE的 3种映像方式w 地址映像 ：把一主存单元的数据复制到 CACHE中时，还要把该主存单元的地址，经过某种函数关系处理后写进 CACHE的标志字段，这一过程被称为 CACHE的地址映像。w 地址变换 ：在程序执行时，还要把主存地址变换为访问 CACHE的地址，这一过程被叫做 CACHE的地址变换。 wCACHE存储器通常使用 3种映像方式，它们是全相联映像方式、直接映像方式、多路组相联映像方式， 3种映像方式有各自的优缺点。10
