第四章 存储器 4.3 高速缓冲存储器(Cache)

4.3 高速缓冲存储器(Cache)

4.3.1 概述

作用:缓解 CPU 与主存之间的速度差异,存储 CPU 近期高频访问的数据
原理:局部性原理(程序倾向于访问邻近的数据和指令)举例:Cache 像办公桌抽屉里的常用文具(如笔、计算器),需要时直接从抽屉拿,比从仓库(主存)调取快得多。

4.3.2 Cache - 主存地址映射

定义:将主存地址转换为 Cache 地址,确定数据在 Cache 中的位置
分类
直接映射:主存块只能映射到 Cache 的固定位置(好比学生座位固定,A 同学只能坐 1 号座位)
全相联映射:主存块可映射到 Cache 的任意位置(好比学生可自由选座,灵活但管理复杂)
组相联映射:Cache 分若干组,主存块映射到固定组内的任意位置(好比学生分小组,组内可自由选座,兼顾效率和灵活性)

4.3.3 替换策略

目的:当 Cache 满时,决定淘汰哪个块以腾出空间
常用策略
先进先出(FIFO):淘汰最早进入 Cache 的块(好比排队,先来的先离开)
最近最少使用(LRU):淘汰最久未使用的块(好比清理抽屉,很久没用的文具先拿走)
随机替换:随机选择淘汰块(简单但可能淘汰有用数据)举例:LRU 策略类似手机后台应用:长时间没打开的应用(久未使用的数据块)会被关闭(淘汰),以腾出内存空间。

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