Lab3-王轩-cache编写指导1

：“Lab3-王轩-cache编写指导1”中的知识点详解 ：本文主要探讨了在计算机体系结构中，如何设计和理解Cache的工作原理，特别关注了采用“写回+写入分派”策略的直接映射Cache的设计。 【部分内容分析】： 1. **Cache的工作原理**：Cache的主要目的是减少主存与CPU之间的访问延迟，通过存储最近频繁使用的数据。本文提到的Cache策略是“写回+写入分派”，这意味着在读取或写入时，如果命中（数据已经在Cache中），则直接操作Cache中的数据，无需等待，这有利于保持CPU的高效率。而在发生缺失（数据不在Cache中）时，无论是读缺失还是写缺失，都需要从主存中加载一行（line）到Cache，如果该行已经使用并且是脏的（即已被修改过），则需要先写回主存，再进行换入操作。 2. **Cache的状态机**：Cache维护了一个状态机，包括就绪、读/写命中和缺失状态。在无请求时，Cache处于就绪状态。当CPU发出读/写请求时，检查是否命中，命中则直接响应；缺失时，进入换入操作，同时向CPU发送miss信号，导致CPU流水线暂停（stall）直至Cache完成操作并返回就绪状态。 3. **Cache对外接口与时序**：Cache的对外接口包括输入（clk, rst, addr, rd_req, wr_req, wr_data）和输出（miss, rd_data）。读/写命中的时序类似于dataRam，而读/写缺失时，miss信号会持续一段时间，期间addr和wr_data应保持不变。在本实验中，由于主存读写周期较长（50个时钟周期），因此Cache缺失可能会持续50多至100多个时钟周期。 4. **主存接口与时序**：主存以line为单位进行读写，模拟DDR内存，读写周期长达50个时钟周期，这部分代码由实验室提供，不需学生修改。主存与Cache之间的交互需要遵循一定的时序规则，确保数据正确传输。 5. **数据组织与地址映射**：文中提到的Cache是简单的直接映射Cache，意味着每个地址可以唯一映射到Cache的一个特定位置。参数LINE_ADDR_LEN、SET_ADDR_LEN和TAG_ADDR_LEN分别表示行内地址、组地址和标签地址的长度，它们共同决定了Cache的组织方式。 6. **握手信号**：rd_req与miss，wr_req与miss构成握手信号，确保在数据传输过程中，双方同步操作，避免数据丢失或错误。 总结来说，这个实验指导涵盖了Cache的基本概念、设计原则、工作流程以及与主存的交互，对于理解计算机系统中存储层次结构和提高性能至关重要。在设计Cache时，需要考虑各种因素，包括缓存策略、数据传输时序、状态机管理和地址映射等，以实现高效的数据访问。