<计算机组成原理>cache及虚拟存储器

整理一下存储系统中cache和虚拟存储器的相关知识点

Cache是高速缓存，设置在CPU和主存之间，由高速的SRAM组成的容量不大,但速度很快的存储器。

引入cache的目的：解决CPU和主存之间的速度差异，提高整机的运算速度

Cache的特点：存取速度快（数倍于主存），容量小，价格高。好像还有点费电。。。

由于程序访问的局部性，比方说某个存储单元在很短的时间段很可能被重复访问，这时就要将主存中被频繁访问的活跃程序块和数据块复制到Cache中，这样的好处是大多情况Cache可向CPU直接提供指令和数据，不必访存

需要注意的是，仅仅是将主存中经常被用到的部分复制到Cache中，Cache存放的是主存内容的一小部分副本

Cache和主存空间都被划分为同样大小的区域，主存中的区域称为块。Cache中存放一个块的区域称为行，或槽

在访存过程中，若CPU访问单元所在的块在cache中，称命中；若不在cache 中，称不命中

访存时，CPU送出主存（大）地址，若命中，该主存地址变换成Cache（小）地址并送Cache，直接从cache读出字送到CPU的数据总线DB；若不命中，主存将读出的字送到DB，同时，将该字所在的块复制到Cache，若Cache中可以装入就直接写入，不能装入就根据一定的算法进行替换。

直接映像方式：比如说cache里有4个槽，内存中有200个块，那么内存第1块若被调用则放入cache第1个槽，第2块被调用放入第2个槽，以此类推，第5块放入第1个槽。

全相连映像方式：每个主存块能映像到cache中的任意一个槽，如果cache满了，就替换出任一行。

组相连映像方式：做个比喻吧，cache里分为4个小队，每个队有1号2号3号4号，内存中有200位选手，如果第1位被召唤出场，那他属于第1小队的，第2位属于第2小队的，以此类推，第5位属于第一小队的，每一位选手属于哪个小队是确定的，不确定的是他在该小队中的位置。第一位选手可能坐在1、2、3、4中的任意号位置，取决于cache的替换规则。

常用的替换算法有随机替换法，先进先出法和最近最少用法。

随机替换法：随机替换掉小队中的一人

先进先出法：谁最早进入这个小队，就把谁给替换掉

最近最少使用法：小队中最近一段时间，谁被用的次数最少就替换掉谁

再简单的说一下虚拟存储器

说到虚拟内存，印象最深的就是当初玩城市天际线，打了若干mod，还导入了上百个建筑模型，卡成狗了。。。加载的文件有六七个G，妥妥的把我渣机的内存爆掉了，然后设置了一下虚拟内存，才把一秒三四张的幻灯片顺滑到一秒十张，勉强能玩

虚拟存储器只是一个容量非常大的存储器的逻辑模型，不是任何实际的物理存储器。它是借助磁盘等辅助存储器来扩大主存容量，使之为更大或更多的程序所使用。在虚拟存储器中不仅有主存和辅存两级存储器，还必须有辅助软、硬件来对它们之间的数据实现控制。
虚拟存储系统的两大特点：（1）允许用户用比主存空间大得多的空间来访问主存。（2）每次访存都要自动进行虚实地址的转换。

虚拟存储系统中存在三个存储空间：（1）主存空间，它取决于系统中实际使用的主存容量；（2）虚存空间，它取决于虚地址的长度；（3）辅存空间，它取决于系统中实际使用的辅存的总容量。