第五节   高速缓冲存储器（Cache)

       从结构上提高存储器速度的一个关键技术是层次化存储系统。Cache是为了解决CPU和主存之间速度匹配问题而采用的一项重要技术，它的基础是局部性原理。

一.  高速缓冲存储器（Cache)

   1.特点：

      高速：存取速度比主存快，以求与CPU匹配。由高速SRAM组成，全部功能由硬件实现，保证了高速度。

   容量小：因价格贵，所以容量较小，一般为几百KB,作为主存的一个副本。可分为片内Cache和片外Cache.一般情况下，Cache与内存空间比为1：128，命中率在90%以上，过大过小都不好。

3.  工作原理

    Cache组织除了有SRAM外，还要有相应的控制逻辑。

注意：Cache与主存之间数据交换的单位是“块”（Cache称行）。

Cache的基本操作：

CPU首先在Cache中进行比较（可使用相联存储器--按内容寻址）

数据在Cache中--无需访存，直接从Cache中存取（需地址变换）

数据不在Cache中--则进行主存读写，同时，把该数据所在的块复制到Cache中。

4.  Cache主要性能指标

      Cache是一个高速存储器，希望CPU访问存储器的数据尽可能都能在Cache中得到，这样存储器的工作速度就大大提高。--希望命中率高命中率h: h=Nc/(Nc+Nm),高速存取次数与总存取次数比，希望h--1

其中：Nc:Cache完成的存取次数

          Nm:主存完成的存取次数

“Cache主存”系统平均访存时间：命中率与访问时间乘积和

  ta=hxtc+(1-h)tm

其中：tc:Cache命中的访问时间

     tm:访问时间

  1-h:CacheWE未命中率（主存命中率）

希望：ta-tc

f访问效率e:命中访问时间与系统平均访存时间比

e-tc/ta=tc/(hxtc+(1-h)tm)

s设：r=tm/tc,取5-10为宜

则：e=1/(r+(1-r)h)