cache特点与工作方式

简述cache的特点和控制方式

一：cache的特点

cache全称是高速缓冲存储器，它与主存储器之间是一块为单位进行数据交换的，当cpu读取数据或指令时，它同时将读取到的数据或指令保存到一个cache 快中，这样可以减少第二次读取相同数据的时间。cache的速度远远大于主存储器的速度，可以使系统的整体性得到很大的提高。cache的命中率高，可以大大提高系统的性能。

Cache分为写通cache和写回cache，写回法是指cpu在执行写操作时，被写的数据只写入cache，不写入主存，仅当需要替换时，才把修改的cache块写入主存中，因为cache的命中率高，所以cpu绝大多数写操作只需要写cache，不必写主存。写通法是指cpu在执行写操作时，必须把数据同时写入cache和主存，这样，在cache的块表中不需要“修改位”，当某一块需要替换时，也不必把这一块写回到主存中。

二：cache的管理方式

cache的工作就是将内存中的一部分数据在cache中保留一个备份，使这些数据能一个固定的极短的时间内被快速的存取并返回给CPU，这样能保证流水线的连续运行。

当cpu要访问cache时，cpu送来主存地址，放到主寄存器中。通过地址变换部件把主存地址放到cache地址寄存器中，如果变换成功（命中），就用得到的地址去访问cache，从cache中取出数据；否则，cache未命中，用主存地址访问主存储器，从主存储器中读一个字送往cpu，同时把包含被访问字的一整块都从主存储器读出来，装入cache中。

cache有三种映像方式：全相联映像方式，直接映像方式，多路组相联映像方式。

全相联映像方式是指主存中任一个字（字块）可以写入cache中的任何一个字（字块）中。其优点是有最大的灵活性。缺点是要确定读的信息是否在cache 中，必须用原本读主存的地址与整个cache每一个单元的标志字段比较，电路过于复杂，成本较高。

直接映像方式是指主存的一个字（字块）只能映像到cache的字和字块中。

优点是要确定读的信息是否在cache中时原本读主存的地址与标志字段比较的线路简单，成本低；缺点是cache的使用缺乏灵活性，影响命中率。

多路组相联映相方式是对全相联映相方式和直接映像方式的一种折中的处理方案。它与直接相联映像方式的区别在于每个主存字块可以从多个（例如2，4，8个，而不是一个）体中选择其一完成写入cache的操作，它与全相联映像的类同之处是把一个主存字写进cache时，可以在cache的多个（而不是任何一个）个体中选择。既有较高的命中率，又使比较线路也不会太复杂。