容量大且快速利用阶层式记忆体

容量大且快速利用阶层式记忆体第一页，共十三页，2022年，8月28日簡介區域性原則(principleoflocality)時間區域性(Temporallocality)程式的迴圈空間區域性(Spatiallocality)陣列或記錄資料第二页，共十三页，2022年，8月28日1快取記憶體的基礎概念快取記憶體(SRAM)v.s.主要記憶體(DRAM)參閱習題：7.1節快取參考(cachereference)：尋到(hit)或誤失(miss)處理器要求不存在快取記憶體裡的Xn

這個需求會造成誤失Xn(區塊)會由主要記憶體傳入快取記憶體內快取記憶體的寫入間接寫入(writeback)v.s.直接寫入(writethrough)寫入尋到(writehit)v.s.寫入誤失(writemiss)此時我們有兩個問題存在：我們如何知道資料是否在快取記憶體內？如果是的話，我們要如何才能找到這筆資料？一般來說快取讀取比寫入容易第三页，共十三页，2022年，8月28日2快取記憶體的基礎概念直接對映將每個主記憶體的位置恰好對應到快取記憶體的一個位置幾乎所有採用直接對映的快取記憶體使用底下的對映方式：(區塊位址)同餘(快取記憶體中的區塊數目)圖7.5顯示出一個採用直接對映的8個字組的快取記憶體。說明介於0與31的記憶體字元位址對映到相同的快取記憶體位置。主要記憶體中的最低的3個位元用來選取快取記憶體的區塊。最高的2個位元當作標籤。標籤中包含了位址資訊，可以用來辨別快取記憶體中的字組是否對應到我們要求的字組。有效位元(validbit)用來標示快取記憶體內的某個區塊是否存放著有效的位址。第四页，共十三页，2022年，8月28日3快取記憶體的基礎概念圖7.5第五页，共十三页，2022年，8月28日4在這一行中“7.5”這一項應該被“7.6”所取代快取記憶體的基礎概念範例圖7.6說明了一個8字組大小，採用直接對映的快取記憶體如何回應處理器一連串的需求。時間區域性：以最近被存取到的字組取代最近較少參考到的字組。第六页，共十三页，2022年，8月28日5快取記憶體的基礎概念範例

(續)

圖7.6第七页，共十三页，2022年，8月28日6快取記憶體的基礎概念假設一個資料區塊32位元的記憶體，一個資料儲存量為2n

字組，且每個區域大小為1字組的直接對映快取記憶體需要一個大小為32-(n+2)的標籤欄位。圖7.7展示一個參考位址的分割情形第八页，共十三页，2022年，8月28日7快取記憶體的基礎概念快取誤失的處理指令快取誤失所採取的步驟(在IF發生誤失):將原始的PC

值(目前的PC值減4)送到記憶體。告知主記憶體完成讀取，並等待記憶體完成此讀取的動作。寫入快取記憶體將記憶體得到的資料放到快取記憶體中適當的欄位。將其位址的上半部份(來自ALU)寫入標籤欄位。將有效位元改為on重新啟動IF指令，這次會發現資料已在快取記憶體中。快取記憶體對資料存取的控制在本質上是相同的參閱習題：一個快取記憶體的例子：DECStation3100,7-17到7-20頁第九页，共十三页，2022年，8月28日8快取記憶體的基礎概念採用空間區域性(spatiallocality)的優點使用多重字組的快取記憶體區塊當誤失發生時，相鄰的多個字組便會被擷取出來其他的字組馬上就會被使用到的機率相當大一個64KB快取記憶體區塊包含：4K區塊每個區塊有4個字組(16位元組)一個32-位元位址可解譯為標籤(16-位元):索引(12-位元):區塊偏移量(2-位元):位元組位移量(2-位元)第十页，共十三页，2022年，8月28日9快取記憶體的基礎概念圖7.10說明對一個特殊的位址如何找到需要的快取記憶體區塊的方法第十一页，共十三页，2022年，8月28日10快取記憶體的基礎概念誤失率v.s.區塊大小IF時間=快取記憶體存取時間+誤失率*誤失代價增加區塊大小與問題的關連性誤失所付出的額外的時間代價勝過大區塊誤失率的減少第十二页，共十三页，2022年，8月28日期末考重點加法器的真值表及其PLAIEEE754浮點符號的單精確度及雙精確度的表示乘法器及除法器的基本操作S-R栓的所有輸出入組合D型栓的時脈變化對輸入及輸出所造成的影響D型正反器的時脈變化對輸入及輸出所造成的影響只用NANDgate來製作AND,