A concrete explanation of how a cache works
4 days ago
- 处理器速度超过内存速度，因此CPU内部有一个小而快的缓存，用于存储频繁使用的数据，以减少慢速主存访问。
- 局部性原理——时间局部性（重新访问最近的数据）和空间局部性（访问附近的数据）——指导哪些数据被缓存。
- 缓存层次结构包括L1（分为指令缓存I$和数据缓存D$）、L2（更大、统一）和L3（在多核系统中跨核心共享）。
- 缓存性能通过命中延迟、未命中延迟和平均访问时间来衡量；改进来自改变缓存大小、速度或组织方式。
- 缓存本质上是硬件中的哈希表，使用SRAM，通过地址的一部分索引块，使用标签减少冲突，并有一个有效位。
- 标签开销（空间和时间）通过并行访问来管理：标签数组被检查的同时，数据数组被提前访问。
- 关联缓存（直接映射、全关联、组关联）平衡命中延迟和冲突率；组关联（例如2路）是常见的。
- 写策略包括写直达（立即更新内存）和写回（在块替换时更新，使用脏位）；写未命中通常使用写分配。
- 软件重构（例如，交换循环以获得空间局部性，分块数据以获得时间局部性）可以提高缓存效率，尽管现代编译器会处理这个。