1、计算机组成原理之Cache的基本原理主要包括以下几点:
Cache是CPU和主存之间的高速缓存,用于提高存储器操作的速度。它采用了空间局部性和时间局部性原理,即CPU近期访问过的数据和指令很可能在未来再次被访问。
当CPU需要访问数据或指令时,会首先去Cache中查找。如果找到所需的数据或指令,则可以直接从Cache中取出,避免了对主存的访问,从而加快了访问速度。
如果Cache中没有找到所需的数据或指令,则需要从主存中获取,并将数据存储到Cache中,以备后续访问。这一过程称为Cache未命中,此时访问速度会相对较慢,因为需要访问主存。
Cache通常使用高速的SRAM存储单元实现,相对主存来说更接近CPU,因此访问速度更快。但由于其造价高昂且容量有限,所以只存储了常用的一小部分数据和指令。
Cache和主存之间存在映射关系,即Cache中的每一块数据都对应主存中的某一块数据。这种映射关系可以通过全相联映射、直接映射或组相联映射等方式实现。不同的映射方式有不同的特点和适用场景。 综上所述,Cache的基本原理是利用局部性原理加速CPU对数据和指令的访问速度,并通过与主存的映射关系实现数据的快速存取。
2、Cache和主存之间的映射关系有哪些常见方式
Cache和主存之间的映射关系有以下常见方式:
全相联映射:主存中的任何块可以映射到Cache中的任意位置,提供了最高的灵活性和命中率,但硬件实现成本高。 直接映射:主存中的每一个块只能映射到Cache中的一个特定位置,硬件实现简单,但命中率相对较低。 组相联映射:将Cache分割成若干个组,每个组内部是全相联的,而不同组之间是直接映射的,适度地兼顾了前两者的优点并尽量避免了二者的缺点。 这些映射方式各有特点,选择哪种方式取决于系统的设计目标,例如性能、成本和功耗等因素。