计算机组成与结构：高速缓冲存储器cache的工作原理与运算方法

"高速缓冲存储器cache-计算机组成与结构（ppt）" 本文将深入探讨计算机组成与结构中的高速缓冲存储器（Cache）及其工作原理，同时涉及计算机系统的其他核心组成部分，如运算方法、运算部件、主存储器、指令系统等。 首先，高速缓冲存储器（Cache）是计算机内存层次结构中的一层，它位于CPU和主存储器之间，目的是通过减少CPU等待数据的时间来提高系统的整体性能。Cache的工作原理基于局部性原理，即程序执行时，连续访问的数据往往集中在一定范围内。因此，将最近频繁访问的数据存储在高速缓存中，可以显著提高数据访问速度。 Cache由多个称为块（block）的小存储区域组成，每个块都有一个标记位（tag bit）来标识该块在主存中的位置。当CPU请求数据时，会先查看Cache，如果找到对应标记的块（命中），则直接从Cache中读取，否则需要从主存中获取（未命中）。Cache的地址分为两部分：Cache行号（c）和块内的偏移量（b）。主存地址同样分为两部分，但主存的大小通常大于Cache，因此主存地址还包括更多的行号（m）。 为了保持Cache和主存之间的数据一致性，有两种主要的写入策略： 1. **写回法（Write-Back）**：当数据需要写入Cache时，只更新Cache中的数据，而不立即写回到主存。只有当被修改的块被替换出Cache时，才会将数据写回主存。 2. **直达法（Write-Through）**：每次数据写入Cache时，同时也将其写入主存，确保主存始终与Cache同步。 计算机组成与结构的内容还包括： - 第三章的运算方法和运算部件：涵盖带符号二进制数的表示方法（原码、反码、补码）及其加减运算，二进制乘法、除法，浮点数运算和数据校验码。 - 第四章主存储器：讨论了存储器的种类、工作原理以及与CPU交互的方式。 - 第五章指令系统：涵盖了指令的基本结构、类型和功能，以及指令执行的过程。 - 第六章至第十章：涵盖了中央处理部件（CPU）、存储系统、辅助存储器、I/O设备和I/O系统的设计和操作。 理解这些知识点对于理解计算机系统如何高效运行至关重要。无论是进行系统设计、编程还是硬件优化，都离不开对计算机组成与结构的深入理解和掌握。