11、并行计算机架构中的缓存技术详解

并行计算机架构中的缓存技术详解

1. 不同类型的缓存映射方式

在并行计算机架构中，缓存映射方式是提升系统性能的关键因素之一。常见的缓存映射方式有全相联缓存、组相联缓存等。

1.1 全相联缓存

全相联缓存允许每个内存块放置在缓存的任意位置，克服了直接映射缓存的局限性。在全相联缓存中，内存地址可划分为块地址（最左边的 s 位）和字地址（最右边的 w 位），整个块地址用作标签并与缓存块一起存储，以便识别存储的内存块。

地址部分	位数
标签	s
字地址	w

要检查给定的内存块是否存储在缓存中，需要搜索缓存中的所有条目，因为内存块可以存储在缓存的任意位置。全相联缓存的优点是在将内存块加载到缓存时具有更高的灵活性，但缺点也很明显，每次内存访问都需要考虑所有缓存位置，这需要使用单独的比较器进行并行搜索，显著增加了硬件开销，并且每个缓存块存储的标签比直接映射缓存大得多。因此，全相联映射仅适用于位置数量较少的缓存。

1.2 组相联缓存

组相联缓存是直接映射缓存和全相联缓存之间的折衷方案。缓存被划分为 v 个组 S0, …, Sv - 1，每个组由 k = m / v 个块组成。内存块 Bj 映射到缓存中的一个唯一组，在该组内，内存块可以放置在该组的任何缓存块中。 </