轉載自https://blog.csdn.net/chen1083376511/article/details/8187481
cache-高速緩存存儲器
在主存與CPU之間插入一級或多級SRAM組成的高速緩存存儲器。擴展cache有限，因為SRAM價格昂貴。
cache作用：為了解決CPU和主存之間速度不匹配而采用的一項重要技術。
cache特性：具有空間局部性以及時間局部性。
cache的組成：SRAM和控制邏輯。如果cache在CPU芯片外，它的控制邏輯一般和主存控制邏輯合成在一起，稱主存/cache控制器。若cache在CPU內，則由CPU提供它的控制邏輯。
CPU與cache之間的數據交換是以字為單位，而cache與主存之間的數據交換是以塊為單位。一個塊由若干字組成，是定長的。
cache原理圖
ache的命中率：為了使主存的平均讀出時間盡可能接近cache的讀出時間，cache命中率應接近於1.
地址映射
含義：為了把主存塊放到cache中，必須應用某種方法把主存地址定位到cache中，稱作地址映射。
地址映射方式：全相聯映射方式、直接映射方式和組相聯映射方式。
全相聯映射方式
小結：
（1）在全相聯cache中，全部標記用一個相聯存儲器來實現，全部數據用一個普通RAM來實現。
（2）優點”沖突率小，cache利用率高
（3）缺點：比較器難於設計與實現
（4）只適用小容量cache。
直接映射方式
小結：
（1）優點：硬件簡單，成本低。
（2）缺點：每個主存塊只有一個固定得行位置可存放。
（3）發生沖突率大。（如果塊號相距m整數倍得兩個塊存於同一cache行時）
（4）適合大容量cache.
組相聯映射方式
小結：
適度兼顧了“全相聯映射方式”和“直接映射方式”的優點以及盡量避免兩者的缺點。
替換策略
含義：當一個新的主存塊需要拷貝到cache，而允許存放塊的行位置都被其他主存占滿時，就要產生替換。
適合的地址映射方式：全相聯映射方式和組相聯映射方式
（1）最不經常使用（LFU）算法
含義：將一段時間內被訪問次數最少的那行數據換出。每行設置一個計數器，從0開始計數，每次訪問某一行時被訪問的計數器增1.當需要替換時，將計數值最小的行換出，同時將這些行的計數器全部清零。
特點：這種算法將計數周期限定在對這些定行兩次替換之間的間隔時間內（即替換一次，計數器清零一次），不能嚴格反映近期訪問情況。
（2）近期最少使用（LRU）算法
含義：將近期內長久未被訪問過的換出。每行設置一個計數器，Cache每命中一次，命中行計數器清零，其他各行計數器增1.當需要替換時，將計數值最大的行換出。
特點：這種算法保護了剛拷貝到cache中的新數據行，有較高的命中率。
（3）隨機替換
含義：從cache的行位置中隨機地選取一行換出。
特點：在硬件上容易實現，且速度也比那幾種策略快。但可能降低cache命中率和工作效率。
（4）先入先出（FIFO）算法
含義：總是將最先調入的cache的內容替換出來，不需要隨時記錄各字塊的使用情況。
特點：容易實現，電路簡單。但是可能會把一些經常使用的程序（如循環程序）也作為最早的cache塊而替換出去。
cache的寫回操作策略
含義：CPU對Cache的寫入更改了Cache的內容。當被更改了內容的Cache塊被替換出Cache時，選用寫回操作替換策略使Cache內容和主存內容保持一致。
（1）寫回法
當CPU寫Cache命中時，只修改Cache的內容，而不立即寫入主存；只有當此行被替換出時才寫回主存。
優點：減少了訪問主存的次數。
缺點：存在不一致性的隱患。
解決問題：每個Cache行必須配置一個修改位，以反映此行是否被CPU修改過。
（2）全寫法
當CPU寫Cache命中時，Cache與主存同時發生寫修改。因而較好地維護了Cache與主存內容的一致性。當CPU寫Cache未命中時，直接向主存進行寫入。
優點：Cache中每行無需設置一個修改位以及相應的判斷邏輯。
缺點：cache對CPU向主存的寫操作無高速緩沖功能，降低了Cache的功效。
（3）寫一次法
基於寫回法並結合全寫法的寫策略，寫命中與寫未命中的處理方法與寫回法基本相同，只是第一次寫命中時要同時寫入主存（全寫法）。
優點：便於維護系統全部Cache的一致性。