存储层次--降低cache失效率的方法

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1、(1)强制性失效(Compulsorymiss)当第一次访问一个块时，该块不在Cache中，需从下一级存储器中调入Cache，这就是强制性失效。(冷启动失效，首次访问失效。)(2)容量失效(Capacitymiss)如果程序执行时所需的块不能全部调入Cache中，则当某些块被替换后，若又5.3降低Cache失效率的方法1.三种失效(3C)第五章存储层次虚拟存储器的特点重新被访问，就会发生失效。这种失效称为容量失效。(3)冲突失效(Conflictmiss)在组相联或直接映象Cache中，若太多的块映象到同一组(

2、块)中，则会出现该组中某个块被别的块替换(即使别的组或块有空闲位置)，然后又被重新访问的情况。这就是发生了冲突失效。(碰撞失效，干扰失效)5.3降低Cache失效率的方法虚拟存储器的特点2.三种失效所占的比例(SPEC92)表5.55.3降低Cache失效率的方法虚拟存储器的特点图示I(绝对值)虚拟存储器的特点图示Ⅱ(相对值)可以看出：(1)相联度越高，冲突失效就越少；(2)强制性失效和容量失效不受相联度的影响；(3)强制性失效不受Cache容量的影响，但容量失效却随着容量的增加而减少；(4)表中的数据符合2

3、:1的Cache经验规则，即大小为N的直接映象Cache的失效率约等于大小为N/2的两路组相联Cache的失效率。虚拟存储器的特点强制性失效：增加块大小，预取(本身很少)容量失效：增加容量(抖动现象)冲突失效：提高相联度(理想情况：全相联)3.减少三种失效的方法4.许多降低失效率的方法会增加命中时间或失效开销5.3降低Cache失效率的方法5.3.1增加Cache块大小1.失效率与块大小的关系(1)对于给定的Cache容量，当块大小增加失效率开始是下降，后来反而上升了；(2)Cache容量越大，使失效率达到最

4、低的块大小就越大。5.3降低Cache失效率的方法虚拟存储器的特点虚拟存储器的特点2.增加块大小会增加失效开销3.例题虚拟存储器的特点例5.4假定存储系统在延迟40个时钟周期后，每2个时钟周期能送出16个字节。即:经过42个时钟周期，它可提供16个字节；经过44个时钟周期，可提供32个字节；依此类推。试问对于表5-6中列出的各种容量的Cache，在块大小分别为多少时，平均访存时间最小？解：解题过程1KB、4KB、16KBCache:块大小＝32字节64KB、256KBCache:块大小＝64字节5.3降低C

5、ache失效率的方法虚拟存储器的特点块大小（字节）失效开销（时钟周期）Cache容量（字节）1K4K16K64K256K16427.3214.5992.6551.8571.45832446.8704.1862.2631.5941.30864487.6054.3602.2671.5091.2451285610.3185.3572.5511.5711.2742567216.8477.8473.3691.8281.3535.3.2提高相联度1.采用相联度超过8的方法实际意义不大2.2:1Cache经验规则容量为N的直接映象

6、Cache≈容量为N/2的两路组相联Cache3.提高相联度是以增加命中时间为代价例如：TTL或ECL板级Cache，两路组相联：增加10％定制的CMOSCache,两路组相联：增加2％5.3降低Cache失效率的方法虚拟存储器的特点4.例题假定提高相联度会按下列比例增大处理器时钟周期：时钟周期2路＝1.10×时钟周期1路时钟周期4路＝1.12×时钟周期1路时钟周期8路＝1.14×时钟周期1路假定命中时间为1个时钟，直接映象情况下失效开销为50个时钟周期，而且假设不必将失效开销取整。使用表5－5中的失效率，试

7、问当Cache为多大时，以下不等式成立？例5.55.3降低Cache失效率的方法虚拟存储器的特点平均访存时间8路<平均访存时间4路平均访存时间4路<平均访存时间2路平均访存时间2路<平均访存时间1路解：在各种相联度的情况下，平均访存时间分别为：平均访存时间8路=命中时间8路+失效率8路×失效开销8路=1.14＋失效率8路×50平均访存时间4路=1.12＋失效率4路×50平均访存时间2路=1.10＋失效率2路×50平均访存时间1路=1.00＋失效率1路×505.3降低Cache失效率的方法虚拟存储器的特点在每种情况

8、下的失效开销相同，都是50个时钟周期。把相应的失效率代入上式，即可得平均访存时间。例如，1KB的直接映象Cache的平均访存时间为：平均访存时间1路＝1.00＋(0.133×50)＝7.65容量为128KB的8路组相联Cache的平均访存时间为：平均访存时间8路＝1.14＋(0.006×50)＝1.44表5-85.3降低Cache失效率