冯诺依曼体系结构及三级缓存

Posted 2021-07-18 蚍蜉撼树谈何易

冯诺依曼体系结构

这里解释一下什么是局部性原理：
局部性原理可分为时间局部性与空间局部性。
时间局部性：如果在某一点时访问了存储器的特定位置，则很可能在不久的将来将再次访问相同的位置。在对相同存储器位置的相邻访问之间存在时间接近性。
空间局部性：意思是假如要多次访问某一位置语句，则此时cache便认为它附近的语句有可能在将来也会被使用，此时它就会把该位置附近的位置也加入到cache中。

三级缓存与高速缓存(cache)
首先必须明确三级缓存均属于高速缓存
一级缓存：一级缓存通常设置在cpu内部，但是比起寄存器来说还是远一点，因为其放在cpu内部，所以它的空间是很小的，通常为8-16k
二级缓存：二级缓存在CPU之外，因为主板上的空间很大，所以二级缓存比一级缓存大得多，大概是256KB-1MB左右，但是它的速度慢，因为它离CPU比较远。二级缓存通常用作一级缓存与内存的交换空间
三级缓存：其空间更大，但是相应的离cpu也越来越远。
所以从远及近看 CPU〈------〉寄存器〈----》缓存《-----》内存。
缓存中的数据是可以提升的？
比如初始情况下，一个数据位于三级缓存中，但是因为经常使用，所以它会被提升到二级缓存甚至一级缓存，这块很好理解，经常用cpu就让该数据离它更近点。
为了保证CPU访问时有较高的命中率，Cache中的内容应该按一定的算法替换。一种较常用的算法是“最近最少使用算法”（LRU算法），它是将最近一段时间内最少被访问过的行淘汰出局。因此需要为每行设置一个计数器，LRU算法是把命中行的计数器清零，其他各行计数器加1。当需要替换时淘汰行计数器计数值最大的数据行出局。这是一种高效、科学的算法，其计数器清零过程可以把一些频繁调用后再不需要的数据淘汰出Cache，提高Cache的利用率。
LRU为操作系统中提供的算法。