由于本周要结束csapp了，，还卡在cachelab，所以准备先放一放，以后有时间再继续做，把剩下的lab的笔记先写一下
cache
即高速缓存
当一条加载指令指示cpu从主存地址A中读取一个字时，它将地址A发送到高速缓存。如果高速缓存中正保存着A处那个字的副本，即存在主存块到高速缓存的映射，则立即将那个字发回cpu
映射方式
- 把主存空间划分成大小相等的主存块（block），也就是上文的缓存块
- cache中存放一个主存块的对应单位称为槽（slot）或行（line）或块（block）
- 将主存块和cache按以下三种方式映射
- 直接映射：每个主存块映射到cache的固定行（即组相联映射中每个组只有一个行）
- 全相联映射：每个主存块映射到cache的任意行（即组相联映射中只有一个组，包含所有的行）
- 组相联映射：每个主存块映射到cache固定组中的任意行
直接映射
假设一个主存分为2048个块，一个块512字节，主存大小 2048(块) * 512 (B/块) = 1024 (KB) = 2^20B
所以可以用20位二进制地址表示 7位标记,4位cache行号,9位块内地址
从主存第0块开始，相邻16块对应映射到cache的16行中，所以相邻的16块的标记相同，每往后16块，标记加一
若将每16块记作一个块群，标记和块群一一对应
特点：命中时间短，cache空间不能充分利用，命中率低
若
如对于0000001 0001 000001100B
| 第1块群 | 第1块 | 块内第12个单元 | 单位 |
|---|---|---|---|
| 0000001 | 0001 | 000001100 | B |
全相联映射
假设一个主存分为2048个块，一个块512字节，主存大小 2048(块) * 512 (B/块) = 1024 (KB) = 2^20B
所以可以用20位二进制地址表示 11位标记,9位块内地址（没有cache行号，因为可以任意映射）
需要11位的比较器比较标记位是否一致，开销大，成本高
特点：命中率高，时间快（同时比较），成本高，空间大（标记位长，比较器大）
如对于0000 0001 111 0 0000 1100B
| 第15主存块 | 块内第12个单元 | 单位 |
|---|---|---|
| 00000001111 | 000001100 | B |
组相联映射
若对于一个m=t+s+b位地址
| 标记 | 组索引 | 块偏移 |
|---|---|---|
| t位 | s位 | b位 |
假设一个主存分为2048个块，一个块512字节，主存大小 2048(块) * 512 (B/块) = 1024 (KB) = 2^20B
所以可以用20位二进制地址表示 8位标记,3位组号,9位块内地址
从主存第0块开始，相邻8块对应映射到cache的8组中，所以相邻的8块的标记相同，每往后8块，标记加一
若将每16块记作一个组群，标记和组群一一对应
由于每个组都有几行（下图每组2行），所以可以同时存放不同组群中的块，通过标记位区分
如对于0000 0001 001 0 0000 1100B
| 第1组群 | 第1组 | 块内第12个单元 | 单位 |
|---|---|---|---|
| 00000001 | 001 | 000001100 | B |
特点：命中率高，时间快（同时比较），成本较低，空间小（标记位较短，比较器较小），要考虑替换算法
判断高速缓存中正保存着地址A处那个字的副本：
先从A的组索引位确定其映射应该在哪个组中，当且仅当这组中的某一行设置了有效位且该行的标记位与地址A中的标记位相匹配时，组中的这一行才包含这个字（缓存命中）；若没有设置有效位或该行的标记位与地址A中的标记位不相匹配，即该行是无效的或者不是要找的缓存块，则cpu到主存请求包含 地址A处那个字 的缓存块，cpu需要等待——被请求的块到达，高速缓存将这个块存入到它的一个高速缓存行里，再从被存储的块中取出地址A处那个字返回给cpu
当该组的每行都不匹配的时候，则要考虑用组内哪一行替换包含 地址A处那个字 的缓存块
替换算法
先进先出算法(FIFO)
命中率不随组的增大而提高，不是一种好算法
最近最少用算法(LRU)
命中率随组的增大而提高
可以采用计数的方式记录最近最少用的行
写策略
两种情况：
一、写命中：要写的单元已经在cache中
1.使用写缓存(write buffer，一个较小的FIFO队列)，cpu同时将数据写到cache和write buffer中，存控(memory controller)将缓存内容写到主存中
2.写回(write back),只写cache不写主存，将这段数据锁死，不让被访问，每行设置一个修改位（dirtybit-脏位），替换时一次写回
二、写不命中：要写的单元不在chache中
1.把主存块装入cache，然后更新相应单元
2.直接写主存单元
多cache
同时使用 L1 cache和L2cache ，甚至有L3 cache ，L1 cache更靠近cpu，速度比L2快，容量比L2小
分立：指数据和指令分开存放在各自的数据和指令cache中
联合：指数据和指令都放在一个cache中
一般L1 cache都是分立的（流水，让多条指令并行），命中时间比命中率更重要（未命中还能访问相对慢一点的的L2 cache）
一般L2 cache都是联合的（空间利用率高），命中率比命中时间更重要（不命中则要访问主存）
