cache原理简介学习教案

1、会计学1cache原理原理(yunl)简介简介第一页，共46页。2第2页/共46页第1页/共46页第二页，共46页。3CPU安装容量安装容量单位成本下降单位成本下降安装容量上升安装容量上升Level 1Level 2Level nLevel 3. . .层次下降层次下降速度下降速度下降第3页/共46页第2页/共46页第三页，共46页。4n比磁盘更低的层次？nCDROM、磁带、Internet第4页/共46页第3页/共46页第四页，共46页。5n短时间内，只需要看少数几本n如果要看某本书的某一页，该书其它页也很有可能在最近要看第5页/共46页第4页/共46页第五页，共46页。6第6页/共46页第

2、5页/共46页第六页，共46页。7nn不同的层次用不同的解决方案第7页/共46页第6页/共46页第七页，共46页。8内存内存内存地址内存地址0123456789ABCDEF4单元直接映射单元直接映射cache0123第8页/共46页第7页/共46页第八页，共46页。9ttttttttttttttttt iiiiiiiiii ooootagindexoffset是否是是否是选择选择Cache块块块内块内需要需要(xyo)的块的块偏移偏移第9页/共46页第8页/共46页第九页，共46页。10第10页/共46页第9页/共46页第十页，共46页。11第11页/共46页第10页/共46页第十一页，共46

3、页。12=21424=210 行n需要10bits第12页/共46页第11页/共46页第十二页，共46页。13第13页/共46页第12页/共46页第十三页，共46页。14地址地址(dzh)内容内容内存内存0000001000000014000000180000001Cabcd.0000003000000034000000380000003Cefgh0000801000008014000080180000801Cijkl.第14页/共46页第13页/共46页第十四页，共46页。15000000000000000000 0000000001 0100000000000000000000 00000

4、00001 1100000000000000000000 0000000011 0100000000000000000010 0000000001 0100 Tag Index Offset第15页/共46页第14页/共46页第十五页，共46页。16第16页/共46页第15页/共46页第十六页，共46页。17.ValidTag0 x0-30 x4-70 x8-b0 xc-f0123456710221023.第17页/共46页第16页/共46页第十七页，共46页。18读0 x00000014.ValidTag0 x0-30 x4-70 x8-b0 xc-f0123456710221023.Ind

5、exTagIndexOffset000000000010000000001第18页/共46页第17页/共46页第十八页，共46页。19.ValidTag0 x0-30 x4-70 x8-b0 xc-f0123456710221023.10abcdIndexTagIndexOffset000000000第19页/共46页第18页/共46页第十九页，共46页。20从Cache读数据l 000000000000000000 0000000001 0100.ValidTag0 x0-30 x4-70 x8-b0 xc-f0123456710221023.10abcdIndexTagIndexOffse

6、t000000000第20页/共46页第19页/共46页第二十页，共46页。21.ValidTag0 x0-30 x4-70 x8-b0 xc-f0123456710221023.10abcdIndexTagIndexOffset000000000l 000000000000000000 0000000001 110010l 000000000000000000 0000000001 1100l 000000000000000000 0000000001 11001第21页/共46页第20页/共46页第二十一页，共46页。22读0 x00000034.ValidTag0 x0-30 x4-70

7、 x8-b0 xc-f0123456710221023.10abcdl 000000000000000000 0000000011 0100IndexTagIndexOffset00000000030efgh1第22页/共46页第21页/共46页第二十二页，共46页。23.ValidTag0 x0-30 x4-70 x8-b0 xc-f0123456710221023.10abcd10efghIndexTagIndexOffset0000000010l 000000000000000010 0000000001 010012ijkll 000000000000000010 0000000001

8、 0100第23页/共46页第22页/共46页第二十三页，共46页。24自己(zj)练习l事件事件(shjin)：Hit, Miss, Miss w. replace 返回值：返回值：a ,b, c, d, e, ., k, ll读读0 x00000030 ? 000000000000000000 0000000011 0000l读读0 x0000001c ? 000000000000000000 0000000001 1100.ValidTag0 x0-30 x4-70 x8-b0 xc-f01234567.12ijkl10efghIndex000000第24页/共46页第23页/共46页第

9、二十四页，共46页。25第25页/共46页第24页/共46页第二十五页，共46页。26Average Access Time = Hit Time Miss Penalty Miss Rate不是(b shi)Miss Time第26页/共46页第25页/共46页第二十六页，共46页。27n第27页/共46页第26页/共46页第二十七页，共46页。28第28页/共46页第27页/共46页第二十八页，共46页。29nCache第29页/共46页第28页/共46页第二十九页，共46页。30第30页/共46页第29页/共46页第三十页，共46页。31MissPenaltyBlock SizeMiss

10、 Penalty 和 Miss Rate增加导致AverageAccessTimeBlock Size空间局部特性块太少：影响时间局部特性发挥作用MissRateBlock Size后面假设块大小已经(y jing)确定第31页/共46页第30页/共46页第三十一页，共46页。32第32页/共46页第31页/共46页第三十二页，共46页。33第33页/共46页第32页/共46页第三十三页，共46页。34l 全相关全相关Cache例：例：32字节块字节块l 并行比较并行比较(bjio)所有所有TagOffset: Cache DataB 00431:Tag (27 bits)Valid:B 1B

11、 31: Cache Tag=:第34页/共46页第33页/共46页第三十四页，共46页。35n第35页/共46页第34页/共46页第三十五页，共46页。36第36页/共46页第35页/共46页第三十六页，共46页。37第37页/共46页第36页/共46页第三十七页，共46页。38第38页/共46页第37页/共46页第三十八页，共46页。39第39页/共46页第38页/共46页第三十九页，共46页。40Used）n字面含义更象前一种算法n但一般(ybn)是这种含义n其它替换算法第40页/共46页第39页/共46页第四十页，共46页。41第41页/共46页第40页/共46页第四十一页，共46页。

12、420lru1lruloc 0loc 1set 0set 102lruset 0set 1lruset 0set 1041lru 0: miss, 载入载入(set0, loc 0) 2: miss, 载入载入(set 0, loc 1) 0: hit 1: miss, 载入载入(set 1, loc 0) 4: miss, 载入载入(set 0, loc 1)，替换，替换(t hun)2 0: hit02set 0set 1lru0set 0set 1lrulru2lru2set 0set 101lrulrulru4lru第42页/共46页第41页/共46页第四十二页，共46页。43相关程度 2-way4-way8-way替换算法LRU Ran LRU Ran LRU Ran16 KB5.20% 5.70% 4.70% 5.30% 4.40% 5.00%64 KB1.90% 2.00% 1.50% 1.70% 1.40% 1.50%256 KB1.15% 1.17% 1.13% 1.13% 1.12% 1.12%l 还有其它优化手段还有其它优化手段?l 减少未命中附加开销减少未命中附加开销l 更大的内存带宽更大的内存带宽(di kun)l 还有其它方法还有其它方法?第43页/共46页第42页/共46页第四十三