[口述]计组Day11Cache读写操作

打好稳地基，提升竞争力！今天继续口述所学到的《计算机组成原理》第十一天。本博文旨在阐述所学，可能不深入也可能会有错误，目的是加深对课程的印象。
课程来源：哈尔滨工业大学《计算机组成原理》
视频来源：b站传送门：《计算机组成原理》
视频片段：P41-P41
通过本文大家可以收获的是：

1. 主存与缓存的命中与非命中概念
2. Cache的命中率
3. Cache读操作和写操作
4. Cache相关改进
5. Cache–主存的地址映射

主存与缓存的命中与非命中概念

缓存Cache有着“容量小，速度快”的特点，部分代替了主存，当每次主存快调入缓存时，主存块与缓存块建立了对应关系，这就是命中.如果主存快未调入缓存，没有建立对应关系，那就是未命中 。

Cache的命中率

老师在讲述命中率时，就是说CPU访问的信息在Cache中的比率，并且命中率与Cache的容量与块长有关。

• 一般每块可取4-8个字。公式为：
  $$e=\frac{访问Cache的时间}{平均访问时间}\ast 100\%$$

设Cache命中率为h，访问Cache的时间为$t_c$,访问主存的时间为$t_m$
则$$e=\frac{t_c}{h\ast t_c+(1-h)\ast t_m}\ast 100\%$$

Cache的读和写操作

当CPU发出读操作，进行访问Cache，如果命中，那么就直接读取，如果没有那就将主存的信息调入到CPU里，并检测Cache是否满，如果没满，那就将主存信息调入Cache里。整个流程图截取如下：

写操作法保证Cache和主存的一致性，缺点是：可能会造成CPU反复的写。中间操作包括两种方法：

• 写直达法
  写操作时数据既写入Cache又写入主存
  写操作时间就是访问主存的时间，Cache块退出时，
  不需要对主存执行写操作，更新策略比较容易实现
• 写回法
  写操作时只把数据写入Cache而不写入主存
  当Cache数据被替换出去时才写回主存

Cache的改进

(1)增加Cache的级数 比如：片载(片内)Cache 片外Cache
(2)统一缓存和分立缓存：比如：指令Cache(功能：调整指令执行的控制方式) 数据Cache(检查是否流水)

高速缓冲存储器Cache–主存的地址映射

学习到了三种映射方式：1、直接映射；2、全相连映射；3、组相连映射

• 直接映射：就是一个缓存块可以和若干个主存块对应，而每个主存块只能和一个缓存块对应。
• 全相连映射：主存块中的任一字块可以映射到缓存中的任一块。
• 组相连映射：主存块按照取模的方式进行映射到任一子块。