6SE7022-6TP70，6SE7022-6TP70

6SE7022-6TP70

 

6SE7022-6TP70

高速緩沖存儲器的容量一般

只有主存儲器的幾百分之一

，但它的存取速度能與中央

處理器相匹配。根據(jù)程序局

部性原理，正在使用的主存

儲器某一單元鄰近的那些單

元將被用到的可能性很大。

因而，當中央處理器存取主

存儲器某一單元時，計算機

硬件就自動地將包括該單元

在內(nèi)的那一組單元內(nèi)容調(diào)入

高速緩沖存儲器，中央處理

器即將存取的主存儲器單元

很可能就在剛剛調(diào)入到高速

緩沖存儲器的那一組單元內(nèi)

。于是，中央處理器就可以

直接對高速緩沖存儲器進行

存取。在整個處理過程中，

如果中央處理器絕大多數(shù)存

取主存儲器的操作能為存取

高速緩沖存儲器所代替，計

算機系統(tǒng)處理速度就能顯著

提高

CPU在Cache中找到有用的數(shù)

據(jù)被稱為命中，當Cache中沒

有CPU所需的數(shù)據(jù)時（這時稱

為未命中），CPU才訪問內(nèi)存

。從理論上講，在一顆擁有2

級Cache的CPU中，讀取

L1Cache的命中率為80%。也

就是說CPU從L1Cache中找到

的有用數(shù)據(jù)占數(shù)據(jù)總量的80%

，剩下的20%從L2Cache讀取

。由于不能準確預測將要執(zhí)

行的數(shù)據(jù)，讀取L2的命中率

也在80%左右（從L2讀到有用

的數(shù)據(jù)占總數(shù)據(jù)的16%）。那

么還有的數(shù)據(jù)就不得不從內(nèi)

存調(diào)用，但這已經(jīng)是一個相

當小的比例了。在一些

領(lǐng)域的CPU中，我們常聽到

L3Cache，它是為讀取

L2Cache后未命中的數(shù)據(jù)設(shè)計

的—種Cache，在擁有

L3Cache的CPU中，只有約5%

的數(shù)據(jù)需要從內(nèi)存中調(diào)用，

這進一步提高了CPU的效率。
 
為了保證CPU訪問時有較高的

命中率，Cache中的內(nèi)容應(yīng)該

按一定的算法替換。一種較

常用的算法是“近少使

用算法”（LRU算法），它是

將近一段時間內(nèi)少被訪

問過的行淘汰出局。因此需

要為每行設(shè)置一個計數(shù)器，

LRU算法是把命中行的計數(shù)器

清零，其他各行計數(shù)器加1。

當需要替換時淘汰行計數(shù)器

計數(shù)值大的數(shù)據(jù)行出局。

這是一種高效、科學的算法

，其計數(shù)器清零過程可以把

一些頻繁調(diào)用后再不需要的

數(shù)據(jù)淘汰出Cache，提高

Cache的利用率。
 
Cache的替換算法對命中率的

影響。 當新的主存塊需要調(diào)

入Cache并且它的可用空間位

置又被占滿時，需要替換掉

Cache的數(shù)據(jù)，這就產(chǎn)生了替

換策略（算法）問題。根據(jù)

程序局部性規(guī)律可知：程序

在運行中，總是頻繁地使用

那些近被使用過的指令和

數(shù)據(jù)。這就提供了替換策略

的理論依據(jù)。 替換算法目標

就是使Cache獲得高的命中

率。Cache替換算法是影響代

理緩存系統(tǒng)性能的一個重要

因素，一個好的Cache替換算

法可以產(chǎn)生較高的命中率。

常用算法如下：
 
（1）隨機法（RAND法） 隨

機替換算法就是用隨機數(shù)發(fā)

生器產(chǎn)生一個要替換的塊號

，將該塊替換出去，此算法

簡單、易于實現(xiàn)，而且它不

考慮Cache塊過去、現(xiàn)在及將

來的使用情況，但是沒有利

用上層存儲器使用的“歷史

信息”、沒有根據(jù)訪存的局

部性原理，故不能提高Cache

的命中率，命中率較低。
 
（2）先進先出法（FIFO法）

先進先出（First-In-

First-Out，F(xiàn)IFO）算法。就

是將先進入Cache的信息塊

替換出去。FIFO算法按調(diào)入

Cache的先后決定淘汰的順序

，選擇早調(diào)入Cache的字塊

進行替換，它不需要記錄各

字塊的使用情況，比較容易

實現(xiàn)，系統(tǒng)開銷小，其缺點

是可能會把一些需要經(jīng)常使

用的程序塊（如循環(huán)程序）

也作為早進入Cache的塊替

換掉，而且沒有根據(jù)訪存的

局部性原理，故不能提高

Cache的命中率。因為早調(diào)

入的信息可能以后還要用到

，或者經(jīng)常要用到，如循環(huán)

程序。此法簡單、方便，利

用了主存的“歷史信息”，

但并不能說先進入的就不

經(jīng)常使用，其缺點是不能正

確反映程序局部性原理，命

中率不高，可能出現(xiàn)一種異

常現(xiàn)象。
 

 

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