關鍵詞：Hit、Miss、Read Through、Read Allocate、Write Through、Write Back、Write Allocate、No Write Allocate等。
對Cache和Main Memory之間數據維護設計到性能問題，也涉及到一致性問題。
了解下面各種策略，有利於理解Cache和Main Memory行為和配置Cache屬性。
1. 各種策略行為和優缺點
Read Through：CPU Read data Through(not Allocate) Cache to Main Memory.
Read Allocate：CPU Read data from Main Memory and Allocate it in cache
Write Through：CPU Write data Through Cache to Main Memory。
Write Back：CPU Write data Back to Cache.
Write Allocate: CPU Write data to Main Memory and Allocate it in Cache.
No Write Allocate: CPU Write data to Main Memory, but No Allocate it in Cache.
Read/Write在Hit/Miss情況下，不同策略的表現行為：
| 行為 | ||||
| Read | Hit | CPU直接從Cache獲取數據。 | ||
| Miss |
Read Through | 直接從Main Memory讀取內容到CPU，不經過Cache。 |
避免Cache占用，但是對統一內容連續讀效率很低。 |
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| Read Allocate No Read Through |
先把數據從Main Memory讀取到Cache中，再從Cache中讀取數據到CPU。 |
占用Cache， | ||
| Write | Hit | Write Through | 把數據同時從CPU寫到Cache和Main Memory中。 | 優點： - 未命中的讀不會導致寫到Main Memory。 - 較易實現。 - Main Memory中內容往往是最新的，也即一致性。 缺點: - 寫入Main Memory較慢。 - 每次寫操作都會觸發訪問Main Memory。 - 所需帶寬更大。 |
| Write Back | 只把數據從CPU寫到Cache中。 后續可以通過flush方式把數據從Cache寫入到Main Memory中。 |
優點： - 寫的速度非常快，Cache訪問速度遠高於Main Memory。 - 多次到Cache的寫只需一次到Main Memory的寫。 - 所需帶寬更小。 缺點： - 實現較難 - Main Memory數據和Cache中不一致。 - 導致Cache替換的讀操作會將dirty快寫入Main Memory。 |
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| Miss | Write Allocate | 先把要寫的數據從Main Memory載入到Cache中，CPU將數據寫入到Cache中。 后續通過flush將數據從Cache寫入到Main Memory中。 |
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| No Write Allocate | 數據在Main Memory中被修改，直接從CPU寫入到Main Memory中。不會被加載到Cache中。 | |||
2. Write策略組合
不同Write Hit和Write MIss策略組合下的行為：
| Write Hit Policy | Write Miss Policy | ||
| Write Through | Write Allocate | Hit：將數據寫入Cache和Main Memory。 Miss：將數據從Main Memory讀到Cache中，然后CPU Hit，CPU再寫到Cache和Main Memory中。 當Miss的時候將數據帶到Cache中，然后再將數據寫入Cache和Main Memory，其中Cache的操作不太合情理。 |
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| Write Through | No Write Allocate | Hit：將數據寫入到Cache和Main Memory。 Miss：更新Main Memory中內容，並且不會在Cache中存在相關內容。 后續內容寫入將更新Main Memory，因為使用了Write Through策略。因此，節省了一些時間，不會在Miss時將內容帶進Cache中，因為它看起來毫無用處。 |
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| Write Back | Write Allocate | Hit：將數據寫入Cache並更新dirty位，Main Memory不會被更新。 Miss：更新Main Memory中的內容並將該塊帶到Cache中； 對同一塊的后續寫入，如果該塊最初導致未命中，則下次將命中Cache，為該塊設置臟位。這將消除額外的Main Memory訪問，並比Write Through與Write Allocate組合執行更加有效。 |
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| Write Back | No Write Allocate | Hit：當它寫入Cache設置塊的臟位時，Main Memory不會被更新； MIss：更新Main Memory中的塊，而不將該塊帶到Cache中； 對同一塊的后續寫入，如果該塊最初為Miss，則會一直導致Miss，並導致執行效率非常低。 |
所以常見的組合是Write Through-No Write Allocate和Write Back-Write Allocate。
3. 一個ARM內存實例
下圖是M33的Cache策略實例：
參考文檔：