直接映象Cache控制器设计实验解析
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"计算机组成原理实验说明书_Cache控制器设计实验_西安唐都.pdf"
在计算机系统中,Cache是一种高速数据存储部件,它用于暂时保存最近频繁访问的内存数据,以提高处理器访问数据的速度。本实验围绕Cache控制器设计,重点探讨直接映象地址变换方式。直接映象是一种简单的Cache组织方式,其基本思想是将主存中的每个块映射到Cache中固定的位置。
直接映象地址变换的过程如下:假设主存被划分为若干个大小与Cache块大小一致的区域(区),每个区包含若干个块。Cache的每个块只可能存储来自主存中某个特定区的块。映射规则由公式b=B mod Cb确定,其中b是Cache中的块号,B是主存的块号,Cb是Cache的块容量。例如,如果Cache有4个块,那么主存的前4个块分别映射到Cache的块0、1、2和3。
在实际操作中,主存地址由三部分组成:区号E、块号B和块内地址W。Cache地址则包含块号b和块内地址w。由于直接映象方式下,主存的块号与Cache的块号相同,所以地址变换过程中,块号无需改变。块内地址也保持不变,这意味着主存和Cache的地址结构有相同的部分。
实验中,为了实现地址变换,需要用到一个区号存储器,它的容量与Cache块数相同,存储的是主存的区号以及对应的有效位。当处理器需要访问主存数据时,先用主存地址的块号查询区号存储器。如果查询结果的区号与主存地址的区号匹配,并且有效位为1,表示该数据已存在于Cache中,即发生了Cache命中。此时,可以直接使用Cache地址访问Cache获取数据。如果区号不匹配或有效位为0,则发生Cache未命中,需要从主存加载数据到Cache,并更新区号存储器。
Cache的命中率是衡量其性能的重要指标,直接映象方式虽然简单,但因为块冲突概率较高,可能导致较低的命中率。不过,它的硬件实现相对简单,访问速度快。在实验中,理解并优化Cache控制器的设计,对于提高系统的整体性能至关重要。通过模拟和分析不同条件下的Cache行为,可以深入理解Cache的工作机制,并为更复杂Cache组织方式的学习打下基础。
2011-07-22 上传
2023-10-26 上传
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