处理器（续）_缓存（cache）

4.处理器（续）_缓存（cache）

4.1硬件的处理速度

由于经济因素，处理器和内存所使用的半导体工艺不同，工艺的差异导致了处理器和内存的速度差异，处理器总是要等待内存，处理器速度远远大于内存。所以在两者之间增加缓存是及其必要的。
通常：V处理 > V处理器内部寄存器 > V缓存 > V内存 > Vflash

4.2程序访问的局部性

程序运行时有一个特点，在短时间内，处理器访问的储存空间是一个很小的范围。
A.时间局部性：某个存储单元在短时间内很可能被再次访问
B.空间局部性：某个存储单元的邻近单元在短时间内也可能被访问
4.3 cache
Cache是一种小容量高速存储器，其存取速度与处理器的运算速度几乎同量级，现代计算机通常将其内置于处理器芯片内。
在处理器和内存之间设置cache，把内存中别频繁访问的指令和数据复制到cache中。大多数情况下，处理器能直接从cache中取得指令和数据。

4.4 内存和缓存之间的映射

内存与缓存之间的映射最简单的方法是直接映射法。特点是任意一个内存地址都能映射到cache中的一个固定位置。

直接映射法

将cache和内存分成固定大小的块（如512Byte/块）
内存中每一块在cache中有固定的映射位置
映射公式为：pos_cache = 内存块号 % cache总块数，如下图示：

地址划分：

![](https://s1.51cto.com/images/blog/201803/09/1037cd3857ebfbac7c4c45dc02e2a74c.png?x-oss-process=image/watermark,size_16,text_QDUxQ1RP5Y2a5a6i,color_FFFFFF,t_100,g_se,x_10,y_10,shadow_90,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk=)

映射原理：

根据访问地址中的c位找到cache中的对应块，比较地址中的t位和对应块号的flag是否相同。
相同，则根据块内地址做为偏移量直接读取数据
不同，说明要访问的内存数据不在缓存中，则从内存中复制块内容到缓存。

直接映射法示例：

直接映射法的特点：

优点：映射过程简单，所需耗时短
缺点：当短时间访问的地址有同余冲突（两片内存对应同一片缓存），会造成缓存失效。

4.5 Cache原理软件应用：

背景：日志系统对系统效率影响很大，同时不易分析，无法高效打印二进制数据，需要自定义日志的解析格式，并且可以对日志进行分类，控制其输出。
最初方案：开发一个日志解析软件，配合脚本实现日志解析，每一种日志都有自己对应的解析程序。当有日志来时，通过日志类型查找对应的解析程序。
问题：短时间内有大量日志需要打印时，性能无法满足要求。性能的瓶颈在于每次频繁查找耗时太多。
解决方案：根据cache原理，设置二级缓存，尽可能避开查找。