計算機系統原理：cache容量計算

Cache容量計算例題：

假定主存地址位數為32位，按字節編址，主存和cache之間采用4-路組相聯映射方式，主存塊大小為4個字，每字32位，采用直寫（Write Throght）方式和LRU替換策略，則能存放32K字數據的cache的總容量至少應有（ ）位。

得分/總分

A.

4672K

B.

1168K

C.

1184K

D.

4736K

正確答案：C

解析： C、cache共有32K字/4字=8K行，因為采用4-路組相聯，因而共有8K/4=2K組，組號占11位；每個主存塊為4字=4×32位=16B，故塊內地址占4位。因此，標志占32-11-4=17位。4路組相聯方式下，LRU替換算法需要每行有2位LRU位 (因為要表示0-3的數字吧)；直寫（Write Throght）方式無需修改位（dirty bit）。因而cache總容量為8K×(1+17+2+4×32)=1184K位。

 

 

Cache 寫穿和寫回模式

CPU使用高速緩存(dcache)時，它對內存的的寫操作有兩種模式：寫穿(write-throuht)、寫回(write-back)。

寫穿(write-throuht)模式： 也叫直寫式

該模式下，CPU對主存寫數據時，不經過dcache直接寫到內存，此時對於寫的實現比較簡單，如果系統只用寫穿模式的話，dcache則變成了讀緩存了。

寫回(write-back)模式：

1. 什么是寫回 
   CPU寫入數據時，不直接將數據寫入內存，而是寫入cache，當cache數據被替換出去時才寫回主存。 
   此時存在一個問題，並不是所有的cache中的數據都被修改過，因此沒必要把所有替換出去的數據都重新寫入主存。 
   為了表示哪些數據被修改過(dcache中是數據和主存中的數據是否不一致)，cache中每一塊增加了一個記錄信息位，CPU修改過的cache時，設置此記錄信息位(此時數據塊為臟的(dirty), cache數據寫入到主存時清理此位(此時數據塊為干凈的(clean)。 
   有了次記錄信息位，數據從cache替換到主存時只替換臟的數據塊即可)，
2. 為什么有寫回模式 
   大家都是知道cache速度遠大於RAM(主存)。通過dcache吸收系統的寫操作，在必要的時候再統一寫入主存，從而減少頻繁的相對較慢的對主存的寫操作，這樣明顯能加速系統。同樣的思想在主存與磁盤中也存在。

 

cache容量計算總結：

有效位1位必存在。

如果是寫回法：多個1位臟位；如果是直寫法，不用多臟位；

在組相聯映射中，如果采用LRU替換，2路組相聯映射：有1位LRU位，4路組相聯映射，有2位LRU位