计算机组成原理学习笔记第4章 4.10—

有诗云：苔花如米小，也学牡丹开。——袁枚
本篇笔记整理：Code_流苏(CSDN)
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目录

0. 思维导图

1. 需要替换算法的原因

2. 几种常见的替换算法

3. 先进先出法---FIFO

①简介

②优点

③缺点

4. 最不经常使用法---LFU

①简介

②优点

③缺点

5. 近期最少使用法---LRU

①简介

②优点

③缺点

6. 替换算法的抖动 - 以FIFO为例

7. 替换算法的实现方式

★观前提示：本专栏笔记内容适合有一定的基础或复习时观看，内容如有错，还请大家评论指出！非常感谢！

0. 思维导图

★小提示：
一些替换算法的具体思想和优缺点在所学习内容中并未提到，因此自己查阅了一些相关资料，对其进行了补充。

1. 需要替换算法的原因

原因：程序运行一段时间后，Cache存储空间会被占满，
当再有新数据要调入时，就需要通过某种机制决定替换的对象。

2. 几种常见的替换算法

①先进先出法—FIFO
②最不经常使用法—LFU
③近期最少使用法—LRU
④随机替换法—RAND

3. 先进先出法—FIFO

①简介

先进先出（First In first Out,FIFO) 算法：每次替换最先调入内存的页面，即将内存中等待时间最长的页面进行替换。此算法的适用范围是顺序结构程序。

简单理解来看，和我们现实生活中的排队方式很相似, 先进队伍的人会先买到票, 然后先从队伍中离开。

②优点

实现比较简单，可以不需要硬件的支持

③缺点

先进先出页面置换算法没有考虑到缓存页面被使用的情况。
在大数情况下，先进先出页面置换算法缺页率比较低或会产生Belady异常现象。

4. 最不经常使用法—LFU

①简介

最不经常使用LFU算法：最不经常使用(最少次)淘汰算法（Least Frequently Used），淘汰一段时间内，使用次数最少的页面。

②优点

如果数据的分布在一段时间内是固定的话，那么LFU可以达到最高的命中率。

③缺点

它需要给每个记录项维护频率信息，每次访问都需要更新，这是个巨大的开销；
对突发性的稀疏流量无力，因为前期经常访问的记录已经占用了缓存，偶然的流量不太可能会被保留下来，而且过去的一些大量被访问的记录在将来也不一定会使用上，这样就一直把位置占用了。

5. 近期最少使用法—LRU

①简介

近期最少使用算法LRU算法：最近最少使用(最长时间)淘汰算法（Least Recently Used），LRU是淘汰最长时间没有被使用的页面。

②优点

LRU实现简单，在一般情况下能够表现出很好的命中率。
对于热点数据， LRU 效率很好，“性价比”高，常用。

③缺点

对于偶发的批量操作，比如说批量查询历史数据，就有可能使缓存中热门数据被这些历史数据替换，造成缓存污染，导致缓存命中率下降，减慢了正常数据查询。

6. 替换算法的抖动 - 以FIFO为例

7. 替换算法的实现方式

1️⃣硬件实现
成本？
2️⃣LRU算法软件实现
查找效率如何优化？

★补充：
随机替换算法：由硬件或软件随机产生被替换的虚页号。
1️⃣优点：这种替换算法简单,易于实现,
2️⃣缺点：没有利用程序的局限性,主存命中率很低,很少使用。

★小总结：在上一节的学习中，学习到了Cache地址映射与变换方法。这节内容来了解了替换算法，了解到几种常见的的替换算法：FIFO、LFU、LRU和RAND，并对其优缺点等做了总结。通过本节内容的学习与记录，学习到了替换算法，也了解了它们的思想与优缺点，收获颇丰！
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笔记内容学习资料：计算机组成原理微课版(谭志虎、秦磊华等编著)
课件资料及视频学习：MOOC计算机组成原理(华中科大)
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