高速缓存存储器是如何工作的？

知识点：缓存器

cpu 通过内存地址 A 来访问高速缓存，地址A可分为：[标记位 t] – [索引位 s] – [偏移位 b]。

因此，高速缓存由 S=2^s 个组组成，每个组包括 E  个高速缓存行，每一行又包含了：1个有效位，t个标记位，B=2^b 个字节的数据。

一般而言，高速缓存结构表示为（S, E, B, m）（m 是访问地址的位数）。缓存的大小则表示为 C=S*E*B。

那么，要如何命中缓存呢？

给定地址A，根据索引位，匹配到组，根据标记位，匹配到行，根据偏移位来确定字节。

假设，当前存储器空的，CPU 开始访问地址A，首先通过索引位匹配到组，然后通过标记位匹配到行，因为缓存还是空的，因此，缓存不命中，开始向下一级缓存读取数据。

将取回的数据和地址的标记位一起方式缓存行中，同时，有效位标记为1，缓存成功。

CPU 第二次用同样地址A访问，通过索引位匹配，标记位匹配，有效位检验，缓存命中，通过偏移位成都读取字节数据。

随着CPU的运行，高速缓存空间逐渐被占满，直到访问地址B，通过索引位匹配到组b，在通过标记位匹配，因为组b中有多个缓存行，且每行都有缓存过的标记位（被占满），但通过遍历标记位也没有与地址B中的标记位匹配上。

这时，只能通过一定的规则，比如随机，来删除之前的缓存行，来缓存下一级缓存返回的新数据。

缓存中数据随着程序的运行，被逐渐填满，然后通过一定的策略来更新数据。

这也再次说明，在缓存空间有限的情况下，局部性好的程序能得到更快的运行。

软硬件在局部性原理的指导下相互影响，相互强化。

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