【转】例说STM32F7高速缓存

　　相信如果大家认真看了上面描述的基本概念后，大概也猜到 Cache 的工作流程，下面我们一起来理清一下吧。

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2018-4-30 14:26 上传

　　在 cache 存储系统中，把 cache 和主存储器都划分成相同大小的块。因此，主存地址可以由块号 B 和块内地址 W 两部分组成。同样，cache 的地址也可以由块号 b 和块内地址 w 两部分组成。 　　当 CPU 要访问 cache 时，CPU 送来主存地址，放到主存地址寄存器中。通过地址变换部件把主存地址中的块号 B 变换成 cache 的块号 b，并放到 cache 地址寄存器中。同时将主存地址中的块内地址 W 直接作为 cache 的块内地址 w 装入到 cache 地址寄存器中。如果变换成功（即 Cache 命中），就用得到的 cache 地址去访问 cache，从 cache 中取出数据送到 CPU 中。如果变换不成功，则产生 Cache 失效信息，并且用主存地址访问主存储器。从主存储器中读出一个字送往 CPU，同时，把包含被访问字在内的一整块都从主存储器读出来，装入到 cache 中去。这时，如果 cache 已经满了，则要采用某种 cache 替换策略把不常用的块先调出到主存储器中相应的块中，以便腾出空间来存放新调入的块。由于程序具有局部性特点，每次块失效时都把一块（由多个字组成）调入到 cache 中，能够提高 cache 的命中率。

　　上面我们提高，cache 中的块与主存储器中的块有一个地址转换关系，也就是 cache 的映射方式。 　　一般来说有如下几种映射方式： 　　（1）全关联（full-associative）方式 　　【区块划分】 　　将主存与 Cache 划分成若干个大小相等的块（lines）。 　　【映射关系】 　　主存中任意一块都可以映射到 Cache 中的任意一块的位置上。

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2018-4-30 14:26 上传

　　如果 Cache 的块容量为 Cb，主存的块容量为 Mb，则主存和 cache 之间的映射关系共有 Cb * Mb 种。如果采用目录来存放这些映射关系，则目录表的容量为 Cb。 　　【优缺点】 　　优点：访问灵活，命中率高，Cache 存储空间利用率高，冲突率低，只有 Cache 满时才会出现在冲突。 　　缺点：地址变换比较复杂，每次都要与全部内容比较，速度相对慢，成本高，因而应用少。 　　【地址组成】 　　主存：块号 + 块内地址 　　缓存：块号 + 块内地址

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　　（2）直接映射（direct-mapping）方式 　　【区块划分】 　　将主存根据 Cache 的大小分成若干分区（主存的大小为 Cache 的整数倍），Cache 分成若干个相等的块（lines），主存的每个分区也分成与 Cache 相等的块。 　　【映射关系】 　　主存中的每一个分区由于大小与 Cache 完全相同，可以与整个 Cache 相像，每个分区中的每一块正好与 Cache 的每一块配对。也就是说，主存中一块只能映射到 Cache 中的一个特定的块，编号不一致的块是不能相互映射的。

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　　【优缺点】 　　优点：地址变换简单，只需检查区号是否相等即可，因而可以得到比较快的访问速度，硬件设备简单。 　　缺点：替换操作频繁，命中率比较低，每块相互对应，不够灵活。 　　【地址组成】 　　主存：区号 + 块号 + 块内地址 　　缓存：块号 + 块内地址

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　　实际上，现代的 CPU 或者 MCU，绝大多数都是采用组相联的 cache 映射方式。