Cache基本原理

Cache基本原理
六部/nizqsut
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目录
• 为什么会有Cache?
• SRAM和DRAM
• Cache逻辑
• Cache的类型和替换策略
• Cache指令
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为什么会有Cache?
• 存储分层
• 局部性原理
• 使CPU的pipeline无间歇的运转
• 硬件逻辑入手,了解Cache的结构
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SRAM和DRAM?
• SRAM和DRAM比较
› 基本单元的实现
» Sram 双稳态(6个晶体管),不需要刷新
» Dram 单稳态(1个晶体管),需定期刷先
› 工艺/成本/速度
» Sram纯逻辑工艺,方便集成到芯片内部、访问速度快(门级延时)。但是需
要晶体管数目多、面积大,成本高。
» Dram工艺复杂,集成到芯片内部很困难、访问速度慢(延时很大)。但需要
晶体管数目少、成本低。
» 同样容量的sram面积是dram的3倍
Cache要求访问速度快,所以Cache的存储单元通常是SRAM。
问题1:用dram做cache是否可能?
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Cache逻辑
• Ways
• Set associative
• Cache line
• Cache size = Ways * Sets * Cache line
• Eg. BCM53003 Cache size
› 32KByte = 4(Ways) * 256(Sets) * 32Byte(Cache line)
辅助电路:多路选择器和比较器
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Cache逻辑
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固定地址映射
• 固定TLB映射
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Cache的寻址过程
问题2:怎样加快上图的寻址过程?
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Cache类型
• Write-back
• Write-through
• 问题3:write-buffer和cache两个概念?
• 问题4:如何保证Cache一致性?
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Cache的替换策略
• LRU(Least Recently Used)、伪LRU
• LRF(Least Recently Fill)
• Random
• WLRU - 王大师发明的,有兴趣的可以google下。
• LRU实现需要额外的硬件实现,Ways不能太大否则LRU实现太复杂。
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Cache指令
• Invalidate range of locations
• Write-back range of locations
• Invalidate entire cache
• Initialize caches
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Cache指令
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回顾
• Cache对于软件人员来说,大多数情况都是透明的。
但是平台有时候需要处理一些Cache不一致导致的问题,
因此了解Cache的原理,对写底层驱动和处理一些Cache不一致性的问题
有帮助。
• 重点是:Cache逻辑结构、Cache一致性问题
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Q
A
Thanks Thanks Thanks!
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