cache相关命中率的运算_计算机高速缓冲存储器(Cache)命中率的分析
第 21 卷 第 3 期 河南教育学院学报( 自然科学版) Vol． 21 No． 3 2012 年 9 月 Journal of Henan Institute of Education ( Natural Science Edition) Sep． 2012 收稿日期:2011 －11 －24 作者简介: 席红旗( 1975—) ，男，河南叶县人，河南教育学院信息技术系讲师． doi:10． 3969/j． issn． 1007 －0834． 2012． 03． 010 计算机高速缓冲存储器( Cache) 命中率的分析 席红旗 ( 河南教育学院 信息技术系，河南 郑州 450046) 摘要: 从 Cache 的容量、空间逻辑组织结构的组大小、块大小、数据的替换算法和写入 Cache 的数据地址流对 Cache 命中率的影响进行分析，选择合适的参数可提高 Cache 的命中率，有效地提高计算机的运算速度．关键词: 存储器; Cache 命中率; 组大小; 块大小; 替换算法 中图分类号: O172． 2 文献标识码: A 文章编号:1007 －0834( 2012) 03 －0031 －02 0 引言 提高计算机的存取速度除了从计算机硬件介质上解决外，更多的是从数据存取方法上不断地提出新的方法． 处在计算机多级存储层次的计算机高速缓冲存储器( Computer Cache Memory，以下简称 Cache) ，直接解决了 CPU 和主存速度不匹配的问题，Cache 的大小、容量的组织方式、访问方法等直接影响了 CPU 处理数据的速度． 1 计算机存储器体系层的次结构介绍 计算机的存储体系是为了满足人们对计算机存储器“容量大、速度快、价格低”的要求而设计的． 存储体系的层次结构如图1 所示，其中 M1，M2，M3，…，Mn 为不同技术实现的存储器． 最靠近 CPU 的 M1 速度最快，但单位存储容量的价格最高． Mn 离 CPU 最远，这一层的存储器速度最慢，容量最大，单位容量价格最低． 存储体系在工作时，以块或者页面为单位进行数据传递． 对用户来说，使用计算机时，存储数据的速度接近 M1，而存储容量相当于 Mn，整体的存储器的价格相对较低，这就满足了最初存储体系设计目的． 在当前的计算机存储系统中，通常为三级存储器体系，即高速缓冲存储器( Cache) 、主存和外存． 图 1 存储器的层次结构 Fig． 1 Hierarchical structure of memory 2 高级缓冲存储器的工作原理 高级缓冲存储器是存在于 CPU 和主存之间的存储体，用于弥补主存速度的不足． 从 CPU 看来，整个存储体系的速度接近 Cache，而容量却接近主存． CPU 在取数据时，先从 Cache 中寻找数据，如果要找的数 据存在于 Cache 中，就称为命中，否则称为不命中． 命中的次数与总的访问次数的比称为命中率［1］． 此时 CPU 把数据从 Cache 中取出进行处理． 如果没有在 Cache 中找到需要的数据，就直接到主存中查找，然后对找到的数据进行处理，同时把这些数据回写到 Cache 中，以备下次使用时直接从 Cache 中取数据． 因为 Cache 的存取速度比主存的存取速度高得多，所以提高了存储数据的速度． 如果 CPU 从 Cache 中查找数据的命中次数提高，也就是命中率高，就可大大地提高计算机的存储速度，从而提高计算的性能． 3 影响 Cache 命中率的因素分析 Cache 命中率的高低主要与 Cache 中块的大小、组的大
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