使用cache改善系統(tǒng)性能的依據(jù)是什么原理

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使用cache改善系統(tǒng)性能的依據(jù)是程序的局部性原理。當(dāng)CPU需要讀取數(shù)據(jù)時(shí)，首先在cache中查找是否有所需內(nèi)容，如果有，則直接從cache中讀取。如果CPU需要訪問的內(nèi)容大多能在cache中找到（稱為訪問命中），則可以大大提高系統(tǒng)性能。

本教程操作環(huán)境：windows7系統(tǒng)、Dell G3電腦。

使用cache改善系統(tǒng)性能的依據(jù)是程序的局部性原理。依據(jù)局部性原理，把主存儲(chǔ)器中訪問概率高的內(nèi)容存放在cache中。當(dāng)CPU需要讀取數(shù)據(jù)時(shí)，首先在cache中查找是否有所需內(nèi)容，如果有，則直接從cache中讀??；若沒有，再?gòu)闹鞔嬷凶x取該數(shù)據(jù)，然后同時(shí)送往CPU和cache。如果CPU需要訪問的內(nèi)容大多能在cache中找到(稱為訪問命中)，則可以大大提高系統(tǒng)性能。

系統(tǒng)的平均存儲(chǔ)周期與命中率有很密切的關(guān)系，命中率的提高即使很小也能帶來性能上的較大改善。

在CPU發(fā)出訪存請(qǐng)求后，存儲(chǔ)器地址先被送到cache控制器以確定所需數(shù)據(jù)是否已在cache中，若命中則直接對(duì)cache進(jìn)行訪問。這個(gè)過程稱為cache的地址映射。常見的映射方法有直接映射、相聯(lián)映射和組相聯(lián)映射。

在cache存儲(chǔ)器產(chǎn)生了一次訪問未命中之后，相應(yīng)的數(shù)據(jù)應(yīng)同時(shí)讀入CPU和cache。但是在cache已存滿數(shù)據(jù)后，新數(shù)據(jù)必須淘汰cache中的某些舊數(shù)據(jù)。最常用的淘汰算法有隨機(jī)淘汰法、先進(jìn)先出法(FIFO)和近期最少使用淘汰法(LRU)。

因?yàn)樾枰ＷC緩存在cache中的數(shù)據(jù)與主存中的內(nèi)容一致，所以相對(duì)讀操作而言，cache的寫操作比較復(fù)雜，常用的有以下幾種方法：

(1)寫直達(dá)(write through)。當(dāng)要寫cache時(shí)，數(shù)據(jù)同時(shí)寫回主存儲(chǔ)器，有時(shí)也稱為寫通。

(2)寫回(write back)。CPU修改cache的某一行后，相應(yīng)的數(shù)據(jù)并不立即寫入主存儲(chǔ)器單元，而是在該行被從cache中淘汰時(shí)，才把數(shù)據(jù)寫回到主存儲(chǔ)器中。

(3)標(biāo)記法。對(duì)cache中的每一個(gè)數(shù)據(jù)設(shè)置一個(gè)有效位。當(dāng)數(shù)據(jù)進(jìn)入cache后，有效位置1；而當(dāng)CPU要對(duì)該數(shù)據(jù)進(jìn)行修改時(shí)，只需將其寫入主存儲(chǔ)器并同時(shí)將該有效位清0。當(dāng)要從cache中讀取數(shù)據(jù)時(shí)需要測(cè)試其有效位：若為1則直接從cache中取數(shù)，否則從主存中取數(shù)。

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