透明高速緩沖存儲器idc

1、高速緩沖存儲器的作用是什麼?

高速緩沖存儲器的容量一般只有主存儲器的幾百分之一，但它的存取速度能與中央處理器相匹配。

根據程序局部性原理，正在使用的主存儲器某一單元鄰近的那些單元將被用到的可能性很大。因而，當中央處理器存取主存儲器某一單元時，計算機硬體就自動地將包括該單元在內的那一組單元內容調入高速緩沖存儲器，中央處理器即將存取的主存儲器單元很可能就在剛剛調入到高速緩沖存儲器的那一組單元內。

所以中央處理器就可以直接對高速緩沖存儲器進行存取。在整個處理過程中，如果中央處理器絕大多數存取主存儲器的操作能為存取高速緩沖存儲器所代替，計算機系統處理速度就能顯著提高。

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提高高速緩沖存儲器讀取命中率的演算法：

1、隨機法：隨機替換演算法就是用隨機數發生器產生一個要替換的塊號，將該塊替換出去，此演算法簡單、易於實現，而且它不考慮Cache塊過去、現在及將來的使用情況，但是沒有利用上層存儲器使用的「歷史信息」、沒有根據訪存的局部性原理。

2、先進先出法：先進先出演算法就是將最先進入Cache的信息塊替換出去。FIFO演算法按調入Cache的先後決定淘汰的順序，選擇最早調入Cache的字塊進行替換，它不需要記錄各字塊的使用情況，比較容易實現，系統開銷小。

3、近期最少使用法：近期最少使用（Least Recently Used，LRU）演算法。這種方法是將近期最少使用的Cache中的信息塊替換出去。該演算法較先進先出演算法要好一些。但此法也不能保證過去不常用將來也不常用。

2、什麼是高速緩沖存儲器？為什麼要設置高速緩沖存儲器？

高速緩沖存儲器一般由高速SRAM構成,這種局部存儲器是面向CPU的，引入它是為減小或消除內CPU與內存之間的速度差異對系容統性能帶來的影響。
廣義來說，計算機內部存儲器包括硬碟，內存，高速緩存，其中主要的存儲器是硬碟它存儲著操作系統需要的大部分數據，但是他讀寫速度慢，因而引入了內存，作為系統和硬碟之間的緩沖，這樣CPU不用頻繁訪問速度慢的硬碟。我們知道後來CPU速度發展遠遠快於內存，後來又引入了高速緩存，是為了緩解CPU和內存速度不匹配的問題。

3、什麼是高速緩沖存儲器？

任何程序或數據要為CPU所使用，必須先放到主存儲器（內存）中，即CPU只與主存交換數據，所以主存的速度在很大程度上決定了系統的運行速度。程序在運行期間，在一個較短的時間間隔內，由程序產生的地址往往集中在存儲器的一個很小范圍的地址空間內。指令地址本來就是連續分布的，再加上循環程序段和子程序段要多次重復執行，因此對這些地址中的內容的訪問就自然的具有時間集中分布的傾向。數據分布的集中傾向不如程序這么明顯，但對數組的存儲和訪問以及工作單元的選擇可以使存儲器地址相對地集中。這種對局部范圍的存儲器地址頻繁訪問，而對此范圍外的地址訪問甚少的現象被稱為程序訪問的局部化（Locality of Reference）性質。由此性質可知，在這個局部范圍內被訪問的信息集合隨時間的變化是很緩慢的，如果把在一段時間內一定地址范圍被頻繁訪問的信息集合成批地從主存中讀到一個能高速存取的小容量存儲器中存放起來，供程序在這段時間內隨時採用而減少或不再去訪問速度較慢的主存，就可以加快程序的運行速度。這個介於CPU和主存之間的高速小容量存儲器就稱之為高速緩沖存儲器，簡稱Cache。不難看出，程序訪問的局部化性質是Cache得以實現的原理基礎。同理，構造磁碟高速緩沖存儲器（簡稱磁碟Cache），也將提高系統的整體運行速度。目前CPU一般設有一級緩存（L1 Cache）和二級緩存（L2 Cache）。一級緩存是由CPU製造商直接做在CPU內部的，其速度極快，但容量較小，一般只有十幾K。PⅡ以前的PC一般都是將二級緩存做在主板上，並且可以人為升級，其容量從256KB到1MB不等，而PⅡ CPU則採用了全新的封裝方式，把CPU內核與二級緩存一起封裝在一隻金屬盒內，並且不可以升級。二級緩存一般比一級緩存大一個數量級以上，另外，在目前的CPU中，已經出現了帶有三級緩存的情況。Cache的基本操作有讀和寫，其衡量指標為命中率，即在有Cache高速緩沖存儲器：
上面介紹的基本都是常說的內存的方方面面，下面我們來認識一下高速緩沖存儲器，即Cache。我們知道，任何程序或數據要為CPU所使用，必須先放到主存儲器（內存）中，即CPU只與主存交換數據，所以主存的速度在很大程度上決定了系統的運行速度。程序在運行期間，在一個較短的時間間隔內，由程序產生的地址往往集中在存儲器的一個很小范圍的地址空間內。指令地址本來就是連續分布的，再加上循環程序段和子程序段要多次重復執行，因此對這些地址中的內容的訪問就自然的具有時間集中分布的傾向。數據分布的集中傾向不如程序這么明顯，但對數組的存儲和訪問以及工作單元的選擇可以使存儲器地址相對地集中。這種對局部范圍的存儲器地址頻繁訪問，而對此范圍外的地址訪問甚少的現象被稱為程序訪問的局部化（Locality of Reference）性質。由此性質可知，在這個局部范圍內被訪問的信息集合隨時間的變化是很緩慢的，如果把在一段時間內一定地址范圍被頻繁訪問的信息集合成批地從主的系統中，CPU訪問數據時，在Cache中能直接找到的概率，它是Cache的一個重要指標，與Cache的大小、替換演算法、程序特性等因素有關。增加Cache後，CPU訪問主存的速度是可以預算的，64KB的Cache可以緩沖4MB的主存，且命中率都在90%以上。以主頻為100MHz的CPU（時鍾周期約為10ns）、20ns的Cache、70ns的RAM、命中率為90%計算，CPU訪問主存的周期為：有Cache時，20×0.9+70×0.1=34ns；無Cache時，70×1=70ns。由此可見，加了Cache後，CPU訪問主存的速度大大提高了，但有一點需注意，加Cache只是加快了CPU訪問主存的速度，而CPU訪問主存只是計算機整個操作的一部分，所以增加Cache對系統整體速度只能提高10~20%左右。

4、計算機內，配置高速緩沖存儲器（CACHE）是為了解決什麼？

B，CPU與內存儲器復之間速度不匹制配問題。

高速緩沖存儲器（Cache）其原始意義是指存取速度比一般隨機存取記憶體（RAM）來得快的一種RAM，一般而言它不像系統主記憶體那樣使用DRAM技術，而使用昂貴但較快速的SRAM技術，也有快取記憶體的名稱。

高速緩沖存儲器是存在於主存與CPU之間的一級存儲器， 由靜態存儲晶元(SRAM)組成，容量比較小但速度比主存高得多， 接近於CPU的速度。在計算機存儲系統的層次結構中，是介於中央處理器和主存儲器之間的高速小容量存儲器。它和主存儲器一起構成一級的存儲器。高速緩沖存儲器和主存儲器之間信息的調度和傳送是由硬體自動進行的。

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高速緩沖存儲器組成結構

高速緩沖存儲器是存在於主存與CPU之間的一級存儲器， 由靜態存儲晶元(SRAM)組成，容量比較小但速度比主存高得多， 接近於CPU的速度。

主要由三大部分組成：

1、Cache存儲體：存放由主存調入的指令與數據塊。

2、地址轉換部件：建立目錄表以實現主存地址到緩存地址的轉換。

3、替換部件：在緩存已滿時按一定策略進行數據塊替換，並修改地址轉換部件。

5、高速緩沖存儲器

6、什麼是高速緩沖存儲器？在計算機系統中它是如何發揮作用的？

高速緩沖存儲器(Cache)實際上是為了把由DRAM組成的大容量內存儲器都看做是高速存儲器而設置的小容量局部存儲器，一般由高速SRAM構成。這種局部存儲器是面向CPU的，引入它是為減小或消除CPU與內存之間的速度差異對系統性能帶來的影響。Cache 通常保存著一份內存儲器中部分內容的副本（拷貝），該內容副本是最近曾被CPU使用過的數據和程序代碼。Cache的有效性是利用了程序對存儲器的訪問在時間上和空間上所具有的局部區域性，即對大多數程序來說，在某個時間片內會集中重復地訪問某一個特定的區域。如PUSH/POP指令的操作都是在棧頂順序執行，變數會重復使用，以及子程序會反復調用等，就是這種局部區域性的實際例證。因此，如果針對某個特定的時間片，用連接在局部匯流排上的Cache代替低速大容量的內存儲器，作為CPU集中重復訪問的區域，系統的性能就會明顯提高。
系統開機或復位時，Cache 中無任何內容。當CPU送出一組地址去訪問內存儲器時，訪問的存儲器的內容才被同時「拷貝」到Cache中。此後，每當CPU訪問存儲器時，Cache 控制器要檢查CPU送出的地址，判斷CPU要訪問的地址單元是否在Cache 中。若在，稱為Cache 命中，CPU可用極快的速度對它進行讀/寫操作；若不在，則稱為Cache未命中，這時就需要從內存中訪問，並把與本次訪問相鄰近的存儲區內容復制到 Cache 中。未命中時對內存訪問可能比訪問無Cache 的內存要插入更多的等待周期，反而會降低系統的效率。而程序中的調用和跳轉等指令，會造成非區域性操作，則會使命中率降低。因此，提高命中率是Cache 設計的主要目標。

7、高速緩沖存儲器？

高速緩沖存儲器是存在於主存與CPU之間的一級存儲器，為解決主存與CPU速度不匹配問題而存在

8、什麼是高速緩沖存儲器？它與主存是什麼關系？其基本工作過程如何

高速緩沖存儲器主要是用來在內存和CPU之間作個數據緩沖的橋梁，因為CPU的處理速度是所有計算機硬體中最快的，內存轉換的速度跟不上CPU的處理速度，需要有個緩沖區域。