实现写回策略的 Cache
时间: 2024-05-17 16:13:35 浏览: 20
写回策略是一种缓存写入方式,即在数据被修改后,不会立即写入主存,而是等到该数据被替换出缓存时,再将其写回主存。这种策略可以减少对主存的写入次数,提高缓存的性能。
实现写回策略的 Cache 可以分为以下几个步骤:
1. 添加一个 dirty bit,记录缓存行是否被修改过。
2. 当 CPU 写入一个缓存行时,将该缓存行标记为 dirty。
3. 当 CPU 需要读取一个缓存行时,先检查该缓存行是否被标记为 dirty,如果是,则将该缓存行的数据写回主存,并清除 dirty 标记。
4. 当 Cache 替换一个被标记为 dirty 的缓存行时,将该缓存行的数据写回主存,并清除 dirty 标记。
需要注意的是,写回策略会带来一定的延迟,因为在数据写入主存之前,该数据可能会被其他 CPU 访问到。为了解决这个问题,一般会采用一些技术,如写缓冲区等。
相关问题
用verilog实现写回策略的 Cache
下面是一个简单的写回策略的Cache的Verilog实现:
```verilog
module cache(
input clk,
input rst,
input [31:0] addr,
input [31:0] data_in,
input write_en,
output reg [31:0] data_out
);
parameter CACHE_SIZE = 1024; // Cache大小
parameter BLOCK_SIZE = 32; // 块大小
parameter TAG_WIDTH = 16; // 标记位宽度
parameter INDEX_WIDTH = 6; // 索引位宽度
parameter OFFSET_WIDTH = 5; // 偏移量位宽度
reg [CACHE_SIZE/BLOCK_SIZE-1:0] valid; // 有效位数组
reg [CACHE_SIZE/BLOCK_SIZE-1:0] tag; // 标记位数组
reg [CACHE_SIZE/BLOCK_SIZE-1:0] data [BLOCK_SIZE/4-1:0][CACHE_SIZE/BLOCK_SIZE-1:0]; // 数据组织方式为组相联,每个块4个字
reg [INDEX_WIDTH-1:0] index; // 索引变量
reg [OFFSET_WIDTH-1:0] offset; // 偏移量变量
wire [31:0] block_addr; // 块地址变量
wire [31:0] tag_addr; // 标记地址变量
assign index = addr[INDEX_WIDTH+OFFSET_WIDTH-1:OFFSET_WIDTH];
assign offset = addr[OFFSET_WIDTH-1:0];
assign block_addr = {addr[31:OFFSET_WIDTH],{OFFSET_WIDTH{1'b0}}};
assign tag_addr = {addr[31:TAG_WIDTH],{TAG_WIDTH{1'b0}}};
always @(posedge clk or negedge rst) begin
if(!rst) begin
valid <= 0;
tag <= 0;
data <= 0;
data_out <= 0;
end
else if(write_en) begin
// 写操作
if(valid[index] && tag[index] == tag_addr) begin
// 命中
data[offset/4][index] <= data_in;
end
else begin
// 不命中
if(valid[index]) begin
// 踢出数据
// 如果是写回策略,则将块写回到主存
if(tag[index] != tag_addr) begin
// 写回操作
// 这里假设有一个主存模块,对于写回请求,将数据写回到主存
memory_write(tag[index]*BLOCK_SIZE, data[0][index]);
end
end
// 读取新数据
data_out <= memory_read(block_addr);
// 更新Cache
valid[index] <= 1'b1;
tag[index] <= tag_addr;
data[0][index] <= data_out;
end
end
else begin
// 读操作
if(valid[index] && tag[index] == tag_addr) begin
// 命中
data_out <= data[offset/4][index];
end
else begin
// 不命中
if(valid[index]) begin
// 踢出数据
// 如果是写回策略,则将块写回到主存
if(tag[index] != tag_addr) begin
// 写回操作
// 这里假设有一个主存模块,对于写回请求,将数据写回到主存
memory_write(tag[index]*BLOCK_SIZE, data[0][index]);
end
end
// 读取新数据
data_out <= memory_read(block_addr);
// 更新Cache
valid[index] <= 1'b1;
tag[index] <= tag_addr;
data[0][index] <= data_out;
end
end
end
endmodule
```
这个Cache采用组相联的方式进行数据存储,每个块有4个字,总共有1024个块,所以Cache大小为32KB。标记位16位,索引位6位,偏移量位5位。
在写操作时,如果命中,则将数据写入Cache;如果不命中,则根据写回策略将块写回到主存,并读取新的块数据更新Cache。
在读操作时,如果命中,则从Cache中读取数据;如果不命中,则根据写回策略将块写回到主存,并读取新的块数据更新Cache。
verilog代码生成(实现写回策略的 Cache)
好的,我会尽力回答你的问题。生成实现写回策略的 Cache 的 Verilog 代码需要以下步骤:
1. 确定 Cache 的大小、组相联度、块大小等参数,并且根据这些参数计算出 Cache 的索引位数、块偏移位数和标记位数。
2. 根据 Cache 的参数定义 Cache 的数据结构,包括 Cache 的标签、有效位、块大小等。
3. 实现 Cache 的读写操作。在读操作时,需要根据地址计算出对应的索引位和标记位,并且进行比较,如果匹配则返回对应的数据块。在写操作时,需要根据地址计算出对应的索引位和标记位,并且将数据写入到对应的数据块中。
4. 实现 Cache 的替换策略。在 Cache 中存储的数据块是有限的,当 Cache 满了之后需要进行替换。常见的替换策略有 LRU、FIFO、随机等。在实现替换策略时,需要记录每个数据块的使用时间或者访问顺序,并且根据替换策略选择要替换的数据块。
5. 实现 Cache 的写回策略。在写回策略中,当 CPU 向 Cache 中写入数据时,数据并不会立即写回到主存中,而是先写入到 Cache 中。当数据块被替换或者 Cache 被清空时,才将数据块写回到主存中。在实现写回策略时,需要记录每个数据块是否被修改过,并且在替换或者清空 Cache 时进行写回操作。
以上是实现写回策略的 Cache 的 Verilog 代码生成的主要步骤,希望能对你有所帮助。如果你有其他问题,请随时提出。
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