缓存

 缓存：

   关键理解：

对于直接映射：

 1. 内存地址的格式是根据缓存的结构来的，通常需要：index+tag+offset+index of block。 

    index是指缓存块的索引，缓存块是指以分块的形式将缓存的每一部分和内存对应。可以有重叠。比如，如果一共有1024个块，那么第1025和第1内存地址都指向缓存块1。index of block是指缓存块内的索引，一个缓存块可以存储多个字，利用空间局部性原理，增加缓存命中率。offset是字内索引，索引字节，一个字等于4字节，所以一般是2位。tag是内存位数减去其他所有。

 2. 缓存的格式一般是 index+valid+tag+data。 index与tag是和内存里的解释一样的，valid则是用来判断此缓存是否已经被使用。data则是存储内存存储的数据，如果一个数据块大小是4个字，那么data会有4*4*8比特。

 3.缓存块容量更大，通过空间局部性原理，我们可以推断缓存命中率会变高，但是，与此同时，如果缓存没有命中，那么替换缓存内的数据的成本则是更高，因为大缓存块里字比较多，很难快速替换完成。失效损失会增大，缓存性能反而有可能增大。

 4. 存储的指令失效时，只是从内存中取数据到缓存，而写入操作还需要更新内存的数据（因为缓存内数据不一样了），所以周期会更长。为了能够降低写操作带来的影响，使用写回策略（write-back），只有当被改写的数据块不再被需要的时候，才将缓存数据写回内存。

 5. 为了避免性能损失，只加大缓存块并不可取，如3中所写，会增加失效损失。但是，如果提高了存储带宽，也就是如果能够更快速的传输cache的数据块，那么便可以减少失效损失的影响。所以一般为了提高内存性能，需要带宽与缓存块大小共同发力。

 对于组相联映射：

1.组相联映射理论上可以表示其他所有映射模式：如假设cache中有8个数据块。对于直接映射来说，这意味着一共有8组数据，每组数据只包含一路数据块，所以直接映射也可以被表示为一路组相联映射。而对于全相联映射来说，则意味着，只有一组数据，这一组数据之中会存在8路数据块，所以对于n个数据块的情况，全相联映射等价于n路组相联映射。

2.依然以8组数据块的cache为例。当cache以两路组相联映射为基础结构时，那么总共就有8／2＝4个数据组，每个数据组里有两路数据块。那么对于0，6，8，0这样的访问，对于直接映射来说，0和8对应的是同一组，会出现4次访问失效。而如果使用两路组相联，就可以减少最后一次的失效访问。

3.计算组相联映射的index的时候，首先需要将总共的数据块除以路数，得到每组数据的大小。假设每组数据大小为n，地址为m，那么index＝m mod n 。

4. 大量实验数据表明，无脑增加每个数据组的大小，并不能带来更低的失效率。

5. 组相联的index计算，需要先把总数据块数m除以相联度n，然后再计算index＝log2（m／n），由于每个set内的数据块也需要被区分，所以实际的block offset会相比直接相联大。

6.  也正因组相联还需要区分set内的数据块，所以实际上的电路构造里还需要比较器来判断，这对增加了实际电路的面积。

7.  通过使用多级缓存结构，可以有效减少失效损失。