計算機體系結構中的快取記憶體是什麼?


通常由 CPU 使用的主儲存器的資料或內容儲存在快取記憶體中,以便處理器能夠更快地訪問這些資訊。每當 CPU 需要訪問記憶體時,它首先會檢查快取記憶體。如果資料不在快取記憶體中,則 CPU 會轉到主儲存器訪問。

快取記憶體位於 CPU 和主儲存器之間。快取記憶體的框圖可以表示為:

透過在快取和處理器之間放置一個更小的 SRAM 來最佳化減少記憶體大小的概念,從而建立兩級快取。這個新的快取通常包含在處理器內部。由於新的快取放置在處理器內部,因此連線這兩者的線變得非常短,並且介面電路與處理器的介面電路更加緊密地整合在一起。

這兩個條件以及更小的解碼器電路有助於更快地訪問資料。當存在兩個快取時,處理器內的快取稱為一級快取或 L1 快取。L1 快取和記憶體之間的快取稱為二級快取或 L2 快取。

該圖顯示了 L1 和 L2 快取在記憶體中的位置。

圖中顯示了另一種快取組織方式:分割快取。分割快取需要兩個快取。在這種情況下,處理器使用一個快取儲存程式碼/指令,使用另一個快取儲存資料。

這種快取組織通常用於支援高階型別的處理器架構,例如流水線。在這裡,處理器用於處理程式碼的機制與用於資料的機制如此不同,以至於將這兩種型別的資訊都放在同一個快取中沒有意義。

快取的成功依賴於區域性性原理。該原理認為,當一個數據項被載入到快取中時,記憶體中靠近它的項也應該被載入。

如果程式進入迴圈,則迴圈中大部分指令會被執行多次。因此,當迴圈的第一條指令被載入到快取時,它會同時載入其相鄰的指令以節省時間。這樣,處理器就不必等待主儲存器提供後續指令。

因此,快取的組織方式是,當載入一段資料或程式碼時,也會載入其相鄰項的塊。載入到快取中的每個塊都用一個稱為標籤的編號標識。

此標籤可用於查詢主儲存器中資料的原始地址。因此,當處理器搜尋一段資料或程式碼(以下稱為字)時,它只需要檢查標籤以檢視該字是否包含在快取中。

更新於: 2021-07-27

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