20145322 《信息安全系统设计基础》第7周学习总结（二）

20145322《信息安全系统设计基础》第7周学习总结（二）

教材学习内容总结

存储器结构本质：

可以从存储器层次结构中看出，每一级都是下一级的缓存，例如L1是L2的缓存。

缓存命中与不命中：

程序需要K+1层的数据d，先读K层，若有，缓存命中，若K层没有，则从K+1层中拷贝到K层，若K层已满，则根据替换策略来选择牺牲块进行替换（驱逐），切拷贝过来的块会保持在K层等待之后的访问。

缓存不命中分为：

冷缓存：空的缓存，不命中种类成为强制性不命中或者冷不命中。

放置策略会引起冲突不命中（映射到同一个缓存块的块间总是发生不命中）

当工作集的大小超过缓存的大小时，就会发生容量不命中（缓存太小）

缓存管理：

某种逻辑将缓存划分为快，在不同层之间传送，判断命中与否。如：编译器管理寄存器文件。

通用的高速缓存存储器结构：

如图：

每个存储器地址有m位，一个机器的高速缓存被组织成一个有S个高速缓存组的数组，每个组包含E个高速缓存行，每个行由B字节的数据块、一个有效位以及一个标记位组成。

高速缓存的结构可以用元组（S,E,B,m）来描述，高速缓存的大小C=SEB。

每个存储器有2^m个地址，，其中m个地址被划分为t个标记位，s个索引组和b个块偏位移。

直接映射高速缓存：

如图：

每个组只有一行的高速缓存。

直接映射高速缓存中的组选择:

高速缓存从w的地址中间抽取出s个组索引位。

直接映射高速缓存中的行匹配:

确定是否有字w的一个拷贝存储在组i包含的一个高速缓存行中。

直接映射高速缓存中的字选择:

快偏移提供了所需要的字的第一个字节的偏移。

直接映射高速缓存中不命中时的行替换:

替换策略是用新取出的行替换当前的行。

综合：

运行中的直接映射高速缓存。

直接映射高速缓存中的冲突不命中:

当程序访问大小为2的幂的数组时，直接映射高速缓存中通常会发生冲突不命中，高速缓存反复地加载和驱逐相同的高速缓存块的组（抖动）。

解决：在每个数组的结尾放B字节的填充。

全相联高速缓存：

由一个包含所有高速缓存行的组（E=C/B）组成的。

全相联高速缓存中的组选择：只有一个组，所以地址中没有组索引位。

全相联高速缓存中的行匹配和字选择：与组相联高速缓存相同。

写命中：

直写：立即将w的高速缓存块写回到紧接着的低一层中。

写回：尽可能的推迟存储器更新，只有当替换算法要驱逐更新过的块时，才把它写回紧接着的低一层中。

写不命中：

写分配：加载相应的第一层中的块到高速缓存中，然后更新这个高速缓存块。

非写分配：避开高速缓存，直接把这个字写到第一层中。

教材学习中的问题和解决过程

1 一开始不理解P413中读1地址为什么是高速缓存命中，误以为地址1在组1中，后来根据图6-32（下图）所示可得地址0和1在组0，读地址0的字之后组0有效位变为1，然后地址1的标志位和此时组0标志位相符，所以缓存命中。

注：地址0和1在块0中，而块0在组0中，所以第二次缓存命中。

2 P415刚开始不能理解为什么每个数组后面加B个字节就可以修真抖动问题，后来发现其实是自己想多了，其实很简单，抖动是因为冲突不命中，即在同一个组内发生冲入，解决如下图：

解决：左图和右图，区别在于Y元素的地址从哪开始读，因为Y元素紧跟X元素被引用，右图Y元素一开始被索引到组1，和X元素不同组，所以避免了冲突不命中。

其他（感悟、思考等，可选）

有时候停留在一个简单的知识点上太久，效率低，学习的时候应该更加集中注意力，才能对被一些简单的问题犯迷糊。

学习进度条

	代码行数（新增/累积）	博客量（新增/累积）	学习时间（新增/累积）	重要成长
目标	5000行	30篇	400小时
第一周	100/100	1/1	13/20
第二周	100/200	1/2	15/38
第三周	100/300	1/3	20/60
第五周	70/370	2/5	30/90
第六周	200/570	2/7	40/90
第七周	0/570	2/9	30/120