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優點:地址映象方式簡單,數據訪問時,只需檢查區號是否相等即可,因而可以得到比較快的訪問速度,硬件設備簡單。
缺點:替換操作頻繁,命中率比較低。
3.組相聯映象方式
組相聯的映象規則:
(1) 主存和Cache按同樣大小劃分成塊。
(2) 主存和Cache按同樣大小劃分成組。
(3) 主存容量是緩存容量的整數倍,將主存空間按緩沖區的大小分成區,主存中每一區的組數與緩存的組數相同。
(4) 當主存的數據調入緩存時,主存與緩存的組號應相等,也就是各區中的某一塊只能存入緩存的同組號的空間內,但組內各塊地址之間則可以任意存放,即從主存的組到Cache的組之間采用直接映象方式;在兩個對應的組內部采用全相聯映象方式。
主存地址與緩存地址的轉換有兩部分,組地址是按直接映象方式,按地址進行訪問,而塊地址是采用全相聯方式,按內容訪問。組相聯的地址轉換部件也是采用相關存儲器實現。
優點:塊的沖突概率比較低,塊的利用率大幅度提高,塊失效率明顯降低。
缺點:實現難度和造價要比直接映象方式高。
替換策略
1. 根據程序局部性規律可知:程序在運行中,總是頻繁地使用那些近被使用過的指令和數據。這就提供了替換策略的理論依據。綜合命中率、實現的難易及速度的快慢各種因素,替換策略可有隨機法、先進先出法、近少使用法等。
(1).隨機法(RAND法)
隨機法是隨機地確定替換的存儲塊。設置一個隨機數產生器,依據所產生的隨機數,確定替換塊。這種方法簡單、易于實現,但命中率比較低。
(2).先進先出法(FIFO法)
先進先出法是選擇那個先調入的那個塊進行替換。當先調入并被多次命中的塊,很可能被優先替換,因而不符合局部性規律。這種方法的命中率比隨機法好些,但還不滿足要求。先進先出方法易于實現,
(3).近少使用法(LRU法)
LRU法是依據各塊使用的情況, 總是選擇那個近少使用的塊被替換。這種方法比較好地反映了程序局部性規律。 實現LRU策略的方法有多種。
2 在多體并行存儲系統中,由于 I/O 設備向主存請求的級別高于 CPU 訪存,這就出現了 CPU 等待 I/O 設備訪存的現象,致使 CPU 空等一段時間,甚至可能等待幾個主存周期,從而降低了 CPU 的工作效率。為了避免 CPU 與 I/O 設備爭搶訪存,可在 CPU 與主存之間加一級緩存,這樣,主存可將 CPU 要取的信息提前送至緩存,一旦主存在與 I/O 設備交換時, CPU 可直接從緩存中讀取所需信息,不必空等而影響效率。
3 目前提出的算法可以分為以下三類(類是重點要掌握的):
(1)傳統替換算法及其直接演化,其代表算法有 :①LRU( Least Recently Used)算法:將近少使用的內容替換出Cache ;②LFU( Lease Frequently Used)算法:將訪問次數少的內容替換出Cache;③如果Cache中所有內容都是同一天被緩存的,則將大的文檔替換出Cache,否則按LRU算法進行替換 。④FIFO( First In First Out):遵循先入先出原則,若當前Cache被填滿,則替換早進入Cache的那個。
(2)基于緩存內容關鍵特征的替換算法,其代表算法有:①Size替換算法:將大的內容替換出Cache②LRU— MIN替換算法:該算法力圖使被替換的文檔個數少。設待緩存文檔的大小為S,對Cache中緩存的大小至少是S的文檔,根據LRU算法進行替換;如果沒有大小至少為S的對象,則從大小至少為S/2的文檔中按照LRU算法進行替換;③LRU—Threshold替換算法:和LRU算法一致,只是大小超過一定閾值的文檔不能被緩存;④Lowest Lacency First替換算法:將訪問延遲小的文檔替換出Cache。
(3)基于代價的替換算法,該類算法使用一個代價函數對Cache中的對象進行評估,后根據代價值的大小決定替換對象。其代表算法有:①Hybrid算法:算法對Cache中的每一個對象賦予一個效用函數,將效用小的對象替換出Cache;②Lowest Relative Value算法:將效用值低的對象替換出Cache;③Least Normalized Cost Replacement(LCNR)算法:該算法使用一個關于文檔訪問頻次、傳輸時間和大小的推理函數來確定替換文檔;④Bolot等人 提出了一種基于文檔傳輸時間代價、大小、和上次訪問時間的權重推理函數來確定文檔替換;⑤Size—Adjust LRU(SLRU)算法:對緩存的對象按代價與大小的比率進行排序,并選取比率小的對象進行替換。
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