Cache As Ram

Posted 2020-11-06

1. Why need Cache?

Cache又称之为高速缓存，是为了弥补CPU和主存之间逐渐增大的速度上的差距 而被迫在两者之间加入的一个小的SRAM。现代处理器上通常都会有三级或者是四级缓存，这部分高速缓存通常被集成在CPU上，这些高速缓存也就是通常所讲的L1 L2 L3…。Cache的工作原理主要是基于两个原因：a).现代计算机存储体系的山状结构，在山尖的是最快的存储设备当然它的价格也最贵（如Cache），山底的就是容量最大 最慢的存储设备（如硬盘）。b).计算机对数据的访问有一个局部性的原理，这次被引用过的数据可能过一会还会被频繁的用到，而且该数据附近位置的数据也很可能会被用到。基于以上两个原因Cache的机制就被加入到了CPU中来。

2. MTRR

提到Cache就不能不讲MTRR，MTRR全称是Memory Type Range Registers，基本上Cache相关的设定就通过设置MTRR才可以达到。MTRR分Fixed Range MTRR & Variable Range MTRR两种类型的Register 分别用于设置固定范围的内存属性和可变范围的内存属性。关于内存属性部分一共又有UC WC WT WP WB这些类型，关于MTRR的详细的介绍请参考Intel的三部曲 ：）。我们可以通过设置MTRR中的内存地址区间的属性告知CPU如何去存取这段空间，当然在此之前我们先要设置CR0.CD bit去Enable Cache然后才可以去设置它。

3. Cache for Stack & Code

Intel现在的处理器基本上都支持在Memory初始化之前将CPU的Cache配置为可以VR/W stack（当然可以配置的内存地址以及范围也都是有一些限制的），这也就是所谓的Cache As Ram。code stack和data stack必需在 4GB-64MB ~ 4GB的范围内，data stack必需至少举例code region 4KB，而且region的大小受限于MLC以及LLC。当然code region至少要将Intel MRC存在的位置包含在内。经由CPU提供的这个机制可以达成以下的目标：1.加快SBios的启动速度，post time的改善 那可是十分的明显的谁用谁知道：）。2.因为很早就有stack了（SEC），所以就能够使用高级语言像C去写code了，这样source code就会比较容易写，而且也可以设计的很优雅并且易于理解了。废话到此为止了，坚持无图无真相的基本原则，上一个基本的流程图作为结尾吧：）。