分析影响cache命中率的因素.doc

影响 Cache 命中率的因素分析 Cache 是计算机系统中的核心部件之一，对提高整个计算机系统的性能有着重要的意义。 Cache 的性能分析可以从三个方面进行：降低失效率、减少失效开销、减少 Cache 命中时间。本文主要讨论 Cache 命中率的影响因素，包括 Cache 容量、失效率、块大小、相联度、替换策略等。 一、 Cache基本知识 Cache 是高速、小容量的缓冲存储器，是 CPU 和主存之间的缓冲存储器。 Cache 对于提高整个计算机系统的性能有着重要的意义，几乎是一个不可缺少的部件。 Cache 是按块进行管理的， Cache 和主存均被分割成大小相同的块。信息以块为单位调入 Cache。 二、 Cache 失效类型 Cache 失效可以分为三类： 1. 强制性失效（Compulsory miss）：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。 2. 容量失效（Capacity miss）：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，若又重新被访问，就会发生失效。 3. 冲突失效（Conflict miss）：在组相联或直接映象 Cache 中，若太多的块映象到同一组（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。 三、降低 Cache 失效率的方法 降低 Cache 失效率的方法有多种，包括： 1. 增加 Cache 块大小 2. 提高相联度 3. Victim Cache 4. 伪相联 Cache 5. 硬件预取技术 6. 由编译器控制的预取和编译器优化 四、替换算法 Cache 替换算法有多种，包括： 1. 先进先出法（FIFO） 2. 随机法 3. 最近最少使用法（LRU） 五、Case Study 本文使用 SimpleScalar 模拟器对矩阵 200*200 的乘法进行测试，分析 Cache 失效率的影响因素。实验结果表明， Cache 容量、块大小、相联度等因素对 Cache 命中率的影响非常大。 Cache 命中率的影响因素包括 Cache 容量、失效率、块大小、相联度、替换策略等。了解这些因素对 Cache 命中率的影响，可以更好地提高计算机系统的性能。