计算机系统原理：cache容量计算

Cache容量计算例题：

假定主存地址位数为32位，按字节编址，主存和cache之间采用4-路组相联映射方式，主存块大小为4个字，每字32位，采用直写（Write Throght）方式和LRU替换策略，则能存放32K字数据的cache的总容量至少应有（ ）位。

得分/总分

A.

4672K

B.

1168K

C.

1184K

D.

4736K

正确答案：C

解析： C、cache共有32K字/4字=8K行，因为采用4-路组相联，因而共有8K/4=2K组，组号占11位；每个主存块为4字=4×32位=16B，故块内地址占4位。因此，标志占32-11-4=17位。4路组相联方式下，LRU替换算法需要每行有2位LRU位 (因为要表示0-3的数字吧)；直写（Write Throght）方式无需修改位（dirty bit）。因而cache总容量为8K×(1+17+2+4×32)=1184K位。

Cache 写穿和写回模式

CPU使用高速缓存(dcache)时，它对内存的的写操作有两种模式：写穿(write-throuht)、写回(write-back)。

写穿(write-throuht)模式： 也叫直写式

该模式下，CPU对主存写数据时，不经过dcache直接写到内存，此时对于写的实现比较简单，如果系统只用写穿模式的话，dcache则变成了读缓存了。

写回(write-back)模式：

1. 什么是写回 
   
   CPU写入数据时，不直接将数据写入内存，而是写入cache，当cache数据被替换出去时才写回主存。 
   
   此时存在一个问题，并不是所有的cache中的数据都被修改过，因此没必要把所有替换出去的数据都重新写入主存。 
   
   为了表示哪些数据被修改过(dcache中是数据和主存中的数据是否不一致)，cache中每一块增加了一个记录信息位，CPU修改过的cache时，设置此记录信息位(此时数据块为脏的(dirty), cache数据写入到主存时清理此位(此时数据块为干净的(clean)。 
   
   有了次记录信息位，数据从cache替换到主存时只替换脏的数据块即可)，
2. 为什么有写回模式 
   
   大家都是知道cache速度远大于RAM(主存)。通过dcache吸收系统的写操作，在必要的时候再统一写入主存，从而减少频繁的相对较慢的对主存的写操作，这样明显能加速系统。同样的思想在主存与磁盘中也存在。

cache容量计算总结：

有效位1位必存在。

如果是写回法：多个1位脏位；如果是直写法，不用多脏位；

在组相联映射中，如果采用LRU替换，2路组相联映射：有1位LRU位，4路组相联映射，有2位LRU位