什么是Cache的失效率

Cache的失效率是指在Cache中未命中的数据所占的比例。当CPU需要访问某个数据时，如果该数据不在Cache中，则需要从主存或者其他较慢的存储设备中读取，这种情况被称为Cache未命中。失效率高意味着Cache中的数据命中率低，CPU需要频繁地从主存或者其他存储设备中读取数据，导致访问速度变慢。因此，失效率是衡量Cache性能的重要指标之一。

相关问题

降低cache失效率的方法

降低cache失效率的方法有以下几种：

1. 提高程序的局部性，即尽可能利用当前缓存中的数据，减少读取内存的操作。

2. 优化数据结构，例如可以将常用数据放在高速缓存中，减少缓存失效的可能。

3. 增加缓存的大小，减少缓存替换的频率。

4. 使用算法优化，例如可以使用预取技术，提前将下一次访问的数据加载到缓存中，减少缓存未命中的可能性。

5. 使用多级缓存，提供更高效的缓存机制。

假设对指令Cache的访问占全部访问的75%，而对数据Cache的访问 占全部访问的25%。Cache的命中时间为1个时钟周期，失效开销为50 个时钟周期，在统一Cache中一次load或store操作访问Cache的命中时 间都要增加一个时钟周期，32KB的指令Cache的失效率为0.39%，32KB 的数据Cache的失效率为4.82%，64KB的统一Cache的失效率为1.35%。 又假设采用写直达策略，且有一个写缓冲器，并且忽略写缓冲器引起 的等待。试问指令Cache和数据Cache容量均为32KB的分离Cache和容 量为64KB的统一Cache相比，哪种Cache的失效率更低？两种情况下平 均访存时间各是多少？

对于指令Cache和数据Cache容量均为32KB的分离Cache，可以根据失效率计算平均访存时间：

指令Cache的失效率为0.39%，因此命中率为99.61%。对于指令Cache的访问，有75%的访问会命中Cache，因此指令访问的平均访存时间为：

(命中时间 + 命中时增加的时间) * 命中率 + (失效开销 + 命中时增加的时间) * (1 - 命中率) = (1 + 1) * 0.7561 + (50 + 1) * 0.2439 = 13.91个时钟周期

数据Cache的失效率为4.82%，因此命中率为95.18%。对于数据Cache的访问，有25%的访问会命中Cache，因此数据访问的平均访存时间为：

(命中时间 + 命中时增加的时间) * 命中率 + (失效开销 + 命中时增加的时间) * (1 - 命中率) = (1 + 1) * 0.2518 + (50 + 1) * 0.7482 = 13.66个时钟周期

因此，分离Cache的平均访存时间为13.91个时钟周期（指令Cache）和13.66个时钟周期（数据Cache）。

对于容量为64KB的统一Cache，可以同样计算平均访存时间：

统一Cache的失效率为1.35%，因此命中率为98.65%。对于访问统一Cache的操作，有100%的操作会经过统一Cache，因此平均访存时间为：

(命中时间 + 命中时增加的时间) * 命中率 + (失效开销 + 命中时增加的时间) * (1 - 命中率) = (1 + 1) * 0.9865 + (50 + 1) * 0.0135 = 3.12个时钟周期

因此，容量为64KB的统一Cache的平均访存时间为3.12个时钟周期。

综上所述，容量为64KB的统一Cache的失效率更低，且平均访存时间更短。