关于缓存和缓存命中/未命中有几个问题

Question

关于缓存和缓存命中/未命中有几个问题

cachingmemorycpu-architecture

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这是一道作业问题，但已经过了截止时间并给出了答案，我不知道他们是如何得出这些答案的。与高速缓存相关，我把很多概念混淆了。

以下是问题：

对于一个直接映射高速缓存设计，使用32位地址，下面的地址位用于访问高速缓存。

从我的理解来看，索引位决定了内存中特定位置映射到高速缓存中的哪个块。地址最低的log（base2）位确定了缓存块，这里有5个索引位，所以我知道在高速缓存中会有2 ^ 5个块，即32个块。那么高速缓存块大小（以字为单位）是多少？

根据我们得到的答案，高速缓存块大小为8。根据助教给我们的一些笔记，块大小为2^(#of offset bits)，在这种情况下应该是5。然而，这给了我一个32的答案，所以我不知道8来自哪里。此外，在这本书中从未定义“偏移位”这个术语，那么能否有人告诉我确切地是什么意思？

在这里我想到，由于同一内存地址永远不会被引用两次，所以应该没有命中，因为缓存永远不会在缓存中找到正在查找的数据。然而，根据答案，命中率应为0.25，所以我猜又不知道发生了什么。最后，对于最后一个问题，答案如下： <000001, 0001, mem[1024]> <000001, 0011, mem[16]> <001011, 0000, mem[176]> <001000, 0010, mem[2176]> <001110, 0000, mem[224]> <001010, 0000, mem[160]> 其中包含一些原问题中根本不存在的内存地址（176、2176），所以到这一步，我完全迷失了方向。能有人帮助澄清一些问题吗？

- FrostyStraw

1个回答

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可以查看英文原文，
原文链接

- user2467198 · Accepted Answer

在这个例子中，缓存块大小为32个字节，即使用字节寻址；对于四字节的单词，这是8个字。由于整个块在缺失时被加载到缓存中，且块大小为32字节，要获取索引，首先将地址除以32以找到内存中的块号。块号模32（5位索引）是索引。块号除以32是标记。跟踪看起来像这样：

   0  miss  <00000, 0000, mem[0..31]>
   4  hit   <00000, 0000, mem[0..31]>
  16  hit   <00000, 0000, mem[0..31]>
 132  miss  <00100, 0000, mem[128..159]>
 232  miss  <00111, 0000, mem[224..255]>
 160  miss  <00101, 0000, mem[160..191]>
1024  miss  <00000, 0001, mem[1024..1055]>
  30  miss  <00000, 0000, mem[0..31]>
 140  hit   <00100, 0000, mem[128..159]>
3100  miss  <00000, 0011, mem[3072..3103]>
 180  hit   <00101, 0000, mem[160..191]>
2180  miss  <00100, 0010, mem[2176..2207]>

从这里可以看出，12次访问中有4次命中，所以命中率应该是33%。（看起来答案提供者认为有16次访问。）

顺便说一句：由于这是从一个空缓存开始的，因此只有一个冲突缺失（mem [30]访问），其余七个缺失是强制性（第一次访问）缺失。但是，如果这是循环体的一部分，在第一次迭代之后的每个迭代中，将在索引00000（地址0、1024、30、3100）处出现四个冲突缺失，00100（地址132、2180）处出现两个冲突缺失，并且有六个命中（地址4、16、140是命中，它们的缓存块在每次迭代中都重新加载，对应于冲突缺失；地址232、160、180是命中，它们的缓存块在第一次迭代中被加载并且没有被替换）。

通过运行此跟踪，可以发现最后以下块将有效（作为其索引的最后一个访问）：

<00000, 0011, mem[3072..3103]>
<00100, 0010, mem[2176..2207]>
<00101, 0000, mem[160..191]>
<00111, 0000, mem[224..255]>

请注意，这与给出的答案不同，因为对于32字节块而言，没有块从mem[16]开始，并且1024除以32得到一个块号（在内存中），该块的索引应为32，32模32为0（而不是1）。

顺便说一下，提供缓存块中缓存的字节范围可能比仅提供块的起始地址更有帮助。