CSAPP第六章概念
CSAPP第六章概念
1.时间局部性:程序有在一段时间多次访问同一数据块的倾向
空间局部性：程序往往有访问一个聚集空间数据块的倾向
空间局部性的例子：我们可以选择在读取内存块的时候，把它附近的内存块也读进来（prefetch)
2.B KB MB
1GB=1024MB=1024*1024KB=1024*1024*1024B
3.Tmax rotation=1/旋转速率RPM*60s/min*1000ms
Tavg rotation=1/2*Tmax rotation
Tavg transfer=1/旋转速率RPM*60s/min*1000ms*1/(平均扇区数/磁道)
4.逻辑块数=文件大小/每个逻辑块大小
随机情况Taccess =逻辑块数*(Tavg seek+Tavg rotation)
最好情况 Taccess =(Tavg seek+Tavg rotation)+(文件大小/(扇区大小*(平均扇区数/磁道))*Tmax rotation
5.练习题6.8类似结构体中数组的存储
p[0].vel[3] 0 4 8
p[0].acc[3] 12 16 20
P[1].vel[3] 24 28 32
循环体越小，循环迭代次数越多，局部性越好
6.缓存不命中
当tag和valid校验成功是，我们称为cache命中，这时只要将cache中的单元取出，放入CPU寄存器中即可。
当tag或valid校验失败的时候，就说明要访问的内存单元(也可能是连续的一些单元不在缓存中，这时就需要去内存中取了,出现miss.
Cold miss the cache starts empty
Conflict miss 一些对象会映射到同一缓存块
Capacity miss 缓存太小，不能处理整个工作集
工作集( working set)一个特定时间段内，一个进程所需要的内存
7.cache address 由t位tag,s位set index和b 位block offset组成
中间的位来做索引的原因
如果高位做索引，一些连续的内存块就会映射到相同的高速缓存块。顺序扫描一个数组时，cache在任何时候都只保存一个块的大小的数组内容。
由于空间局部性原理（程序往往有访问一个聚集空间内存块的倾向）相邻的块之间conflict miss的可能性较高。
如果用中间位做索引，相邻的块总是会映射到不同的高速缓存行，使用效率大大提高，此时高速缓存能够存放整个数组片。
用中间位做索引可以尽量减少conflict miss.
8.C=B*E*S
S--组数
E--每组的行数(cache line)
B--块大小
m--物理地址位数
t=m-(s+b)
s=log2(S)
9.计算机存储体系简介(摘自知乎）
离CPU越近的存储器，速度越快，每字节的成本越高，同时容量也因此越小。
存储器分级，利用的是局部性原理。我们可以以经典的阅读书籍为例。我在读的书，捧在手里（寄存器），我最近频繁阅读的书，放在书桌上（缓存），随时取来读。当然书桌上只能放有限几本书。我更多的书在书架上（内存）。如果书架上没有的书，就去图书馆（磁盘）。我要读的书如果手里没有，那么去书桌上找，如果书桌上没有，去书架上找，如果书架上没有去图书馆去找。可以对应寄存器没有，则从缓存中取，缓存中没有，则从内存中取到缓存，如果内存中没有，则先从磁盘读入内存，再读入缓存，再读入寄存器。
10.cache概述
第一次访问某区域是，就将其复制到cache中，以后访问该区域的指令或者数据时，就不再从主存中取出了。
1)direct-mapped cache
每个组只有一个line E=1
2) Set associative cache
S个组，每个组E个line 1<E<C/B
替换策略 LFU 把频次最低的淘汰
LRU 把访问时间最久远的淘汰
LRU，最近最少使用，把数据加入一个链表中，按访问时间排序，发生淘汰的时候，把访问时间最旧的淘汰掉。
比如有数据 1，2，1，3，2
此时缓存中已有（1，2）
当3加入的时候，得把后面的2淘汰，变成（3，1）
LFU，最近不经常使用，把数据加入到链表中，按频次排序，一个数据被访问过，把它的频次+1，发生淘汰的时候，把频次低的淘汰掉。
比如有数据 1，1，1，2，2，3
缓存中有（1(3次)，2(2次)）
当3加入的时候，得把后面的2淘汰，变成（1(3次)，3(1次)）
区别：LRU 是得把 1 淘汰。
显然
LRU对于循环出现的数据，缓存命中不高
比如，这样的数据，1，1，1，2，2，2，3，4，1，1，1，2，2，2.....
当走到3，4的时候，1，2会被淘汰掉，但是后面还有很多1，2
LFU对于交替出现的数据，缓存命中不高
比如，1，1，1，2，2，3，4，3，4，3，4，3，4，3，4，3，4......
由于前面被（1(3次)，2(2次)）
3加入把2淘汰，4加入把3淘汰，3加入把4淘汰，然而3，4才是最需要缓存的，1去到了3次，谁也淘汰不了它了。
来源：简书
3) Fully associative cache
由一个包含所有高速缓存行的组组成 不用hash判断在哪个组中，在该组中挨个查找 E=C/B
11.关于写的问题
write through :write immediately to memory
write back:defer write memory until replacement of line
use a dirty bit to set if data defers from memory
1)WB（write back）+WA（write allocation）
2)WT（write through )+WN(write no allocation)
http://en.wikipedia.org/wiki/Cache_(computing)
3)Write allocate: data at the missed-write location is loaded to cache, followed by a write-hit operation. In this approach, write misses are similar to read misses.
4)No-write allocate : data at the missed-write location is not loaded to cache, and is written directly to the backing store. In this approach, data is loaded into the cache on read misses only.
write-back cache uses write allocate,
write-through cache uses no-write allocate.
12.
E=8
B=64
C=32*1024
S=64
t=m(47)-(s+b)=47-6-6=35
13.cache performance
miss 也要访问一次cache 故1cycle+...
