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计算机组成原理有什么用,计算机组成原理存储器实验

时间:2023-05-06 13:36:01 阅读:164123 作者:1156

cache设置在CPU和主存储器之间,可以提高CPU访问命令和数据的速度。

一cache的基本结构

cache为小容量高速缓冲存储器,由高速的SRAM (组成随机存取存储器)组成,直接在CPU芯片内制作。

为了便于cache和主存之间的信息交换,cache和主存区域都被划分为相等的区域。 主存储器中的区域称为块,也称为主存储器块,它是cache和主存储器之间的信息交换单位。

存储cache中主存储块的区域称为cache行(line )或插槽。

下图显示了带缓存的CPU执行一次访问操作的过程。

在访问过程中,您需要确定您访问的信息是否位于cache中。 在CPU访问单元的块位于cache上时,它称为cache命中(Hit ),命中的概率称为命中率(Hit Rate ) p,其等于命中次数与访问总数的比值。 如果不在cache中,则为未命中或缺失,该概率称为缺失率,等于未命中次数与访问总数之比。

命中时,CPU通过cache直接访问信息,时间开销为cache访问时间Tc,称为命中时间;

丢失的情况下,需要从主存储器读出一个主存储块发送到cache,同时发送需要的信息到CPU,所以使用时间的开销为主存储器的访问时间Tm和cache的访问时间Tc之和。 通常,从主存储器将一个主存储块读入cache

的时间Tm称为缺失损失。

cache —上的CPU平均访问时间如下

根据程序访问的局部特征,cache的命中率越接近1越高。 因此,虽然命中时间已经失去了。

看一个例子

假设处理时钟周期为2 ns,则某程序由1000条指令组成,各指令执行1次,其中4条指令在获取指令时无法在cache中找到,剩下的指令可以在cache中获取。 指令执行过程中,该程序需要3000次主存数据访问,其中6次在cache中找不到。 问题:

)1)运行该程序得到的cache命中率是多少?

)2)如果cache访问一条信息的时间为1个时钟,丢失的时间为10个时钟,则CPU在cache ——主存级别的平均访问时间是多少?

(1)总访问量为1000(3000=4000,未命中数为10,所以缓存命中率为) 4000-10 )/4000=99.75%。

)2) cache—主存储级别的平均访问时间是1(1-99.75% ) * 10=1.025个时钟周期。 即1.025 * 2 ns=2.05 ns。 接近cache的访问时间。

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