cpu-cache-主存

cache-主存：

直接映射 将主存按照cache的大小分成若干个块进行映射，在这种情况下主存中的块可以变成——【区地址tag | 行索引index】 而这个整体叫做“主存块地址”

什么叫做 cache 的块？cache 中存放主存数据副本的区域。

内存地址：

1. 行索引（index）：位数决定了主存一个区中块的数量。比如上面这个例子中行索引有 3 位，则
   主存一个区中的块就有 8 块。
2. 区地址（（tag）：主存中区的编号，上图的例子中便是 2 位，表示了 00、01、10、11 共 4 个主
   存区。

cache地址：

1. 行号（index）：cache 的行编号，有时也叫做槽号，或者索引。
2. 标记（tag）：缓存中的 标记（tag）——表示了主存的块和 cache 的块的对应关系，如果一个主存的块被调入到 cache 中，那么，我们就把主存的块号写入这个 标记 里。

   比如：CPU 给出一个内存地址，CPU 希望能在 cache 中访问到这个地址的话，那么 CPU 首先要确定这个地址所在的块是否已经被送到了 cache 之中，于是，CPU 就拿主存的块号和 标记 进行比较，如果和某一个标记正好相等，并且这个 cache 块是有效的，这就说明，cache 里就保存了 CPU 准备在内存中要访问的信息，于是，CPU 便直接从 cache 中获取这些信息，这样 CPU 取得数据的速度就得到了很大的提高。

3. 有效位：标识一个行是否含有有效地址。（没有设置，或者设置为 0）。
4. 数据：通常对 cache 的容量计算只考虑数据的大小，而不会考虑以上①②③所占用的大小。

命中(hit)和数据缺失(miss)

cpu访问主存时，如果要访问的块已经在cache中，称为“**数据命中(hit)”,命中时数据的访问时间称为 “命中访问时间(tc)”,这个时间包括 查找时间 和 cache访问时间 。如果块没在cache中，cpu就需要去主存里获取数据、指令，称为 “数据缺失(miss)**”

如果命中 就建立映射关系，如果数据缺失 就不建立

值得注意的是，cpu在找数据的时候，先从cache找(命中的)，再从主存找(没命中的)。但是实际上这两个操作是并行进行的，也就是说时间是 【①在cache中找命中的时间+②在主存中找未命中的时间】，而不是【①在cache中找hit的时间+②在cache中找miss的时间+③在主存中找miss的时间】

cache地址映射变化机构：

负责 1.主存中的块映射到cache中哪个块 2.把主存(块)地址转换为cache(块)地址

cache替换机构：

检测cache中是否还有位置装入主存的块。如果没有位置了，就从cache中退回部分块到主存中，或者直接废弃。再把目标主存块装入cache

写操作的一致性问题：

读操作不对数据进行修改，但是在写操作时，由于cache中数据其实是主存中某块数据的副本，所以我们应该保持cache块和主存块的一致性。这里有两种方法。

1. 写直达法(Write-through)：在写操作时，同时修改cache块和主存块。写操作时间是访问主存的时间，因为是并行操作，所以写操作时间是访问主存的时间。写直达法的性能主要取决于访问主存的时间。
2. 写回法(Write-back)：允许在一段时间内，cache和主存写入数据不一致。CPU对某个内存单元进行写操作时，如果这个内存单元所在的块已经被取入到内存中，这时只写入cache不写入主存，直到这个cache块退出cache，再对主存进行写操作。 所以这种方法无法保证实时性。但是写回法的性能主要取决于访问cache的时间。因为只有最后一次才会对主存进行操作。