3、计算机与操作系统：深入解析硬件与软件协同工作原理

计算机与操作系统：深入解析硬件与软件协同工作原理

1. 缓存与主存大小

缓存和主存是计算机存储系统的重要组成部分，不同类型的缓存和主存具有不同的大小，其典型大小如下表所示：
| 缓存类型 | 大小 |
| — | — |
| 内部缓冲区 | 0.031 KB (32 Bytes) |
| L1 缓存 | 4 KB — 32 KB |
| L2 缓存 | 512 KB — 4 MB |
| 主存 | 128 MB — 1 GB |

缓存技术在软件和硬件中都非常有用，上述概念同样适用于软件缓存。

2. 多处理器与缓存一致性

为了构建更强大的计算机，可以在计算机中使用多个处理器。对称多处理器（SMP）计算机就包含多个处理器，其型号多样，从小型的披萨盒大小（最多支持四个处理器）到冰箱大小（最多可容纳 64 个处理器）不等。在 SMP 中，所有处理器都是相同的，并且平等地共享内存和 I/O 等资源。

然而，SMP 中的多个处理器通常不共享缓存，每个处理器都有自己的私有缓存，这就引入了缓存一致性的问题。当一个处理器写入的数据可能会停留在其缓存中，或者即使写入到内存中，另一个处理器的缓存中可能仍然存在旧的、过时的副本。这样，从不同处理器读取相同的数据地址时，可能会得到不同的数据。

为了解决缓存一致性问题，有两种常见的设计：
- 总线窥探协议 ：使用特殊的硬件“总线窥探器”持续监控内存总线。当总线窥探器检测到一个处理器发出数据写入请求时，它会使所有其他缓存中对应的过时数据无效或丢弃。这样，从处理器的访问角度来看，缓存数据始终保