《深入理解计算机系统》Cache memories

cache完全由硬件管理。

cache替换算法：

假设4个组（set），地址总共4位。

四个地址位，被分为标记位（tag），一位；

索引位（index），两位，类似虚拟内存管理中的页号（页帧号）；

偏移位（offset），一位；

索引位和偏移位组合，称为块号（block）；

如果一个组，只有一个缓存行，那么如果块号相同， 则该内容会被清除，换新的内存的数据过来，此时标记位一定是不同的。因为地址是由tag+block组成的。

但实际计算机中，往往一个组不只有一个缓存行。这取决于cpu的cache资源大小。

这样的缓存被称为多路相连缓存。

intel 处理器，是16路相连缓存。

block的大小不能太大，也不能太小：

太大会减慢换入换出block的开销，也会使整个cache的block个数变少；

太小达不到提升效率的作用。

使用中间位做索引位的原因：

有关写：

两种方式，write-through（立即写回内存）；write-back（直到需要被换出时，才写回）

如果发生写miss，也有两种操作方式：write-allocate（载入到cache，更新cache的数据）；no-write-allocate（直接写入内存）

典型的组合方式：

write-through+no-write-allocate

或write-back+write-allocate

i7cpu缓存层次结构：

all cache block size is 64bytes

cache的性能指标：

1. 不命中率：

2. 命中率

3. 命中时间：命中了，查找需要的时间

4. 不命中处罚：需要到L2查的处罚（10个周期）需要L3的处罚（50周期）需要内存的处罚（200周期）

影响cache性能指标的因素：

1. cache大小

2. block size

3. n-way

4. 写策略