朱保锋，蔡 艳

(1.郑州大学信息工程学院，河南郑州 450052;2.河南教育学院信息技术系，河南郑州 450046)

计算机系统中不同组织方式的Cache性能分析

朱保锋1，2，蔡 艳2

(1.郑州大学信息工程学院，河南郑州 450052;2.河南教育学院信息技术系，河南郑州 450046)

分析了Cache的原理，分别从命中率、硬件实现、使用环境等方面对3种Cache组织方式的性能进行了分析比对.

局部性原理;Cache;组织方式;命中率;性能分析

Cache即高速缓冲存储器，位于CPU和主存之间，容量小速度快，是为了解决CPU和主存速度不匹配而采用的一项技术，通常由SRAM构成［1］.文章结合Cache的3种组织方式，从几个方面对Cache的性能进行了分析对比.

1 Cache的命中率

在程序的执行过程中，处理器访问存储器中的指令和数据通常是成块访问，在一长段时间内，使用的块是变动的，而在一小段时间内，处理器主要访问存储器中固定的块［2－3］.因此可以在Cache中存放主存的部分副本，当CPU访问主存时，首先判断该内容在不在Cache中.如果命中，CPU就直接从Cache存取数据.如果未命中，CPU要访问主存，同时要将主存中的相应数据调入Cache.Cache的命中率越接近1，CPU访问主存的速度越接近于CPU访问Cache的速度.总体来说，Cache的命中率和Cache的大小、Cache的组织方式、Cache的控制算法有关.

图1 全相联Cache结构示例Fig.1 Sample of the Cache structure of full association

2 Cache的组织方式

按照Cache和主存之间的映射关系，主存有3种组织方式［4］:①全相联方式，主存中的某块可以放入Cache的任意一个位置;②直接映射方式，主存的块和Cache的行之间具有多对一的关系，主存的某块在Cache中有唯一的存放位置;③组相联方式，是……