24、缓存未命中后的写入操作及迭代定点乘法算法

缓存未命中后的写入操作及迭代定点乘法算法

1. 缓存未命中后的写入操作

1.1 问题提出

当 CPU 发生缓存未命中（cache miss）时，如何将数据块写入缓存呢？为了回答这个问题，我们假设缓存有 8 组，且没有块偏移，在组 110 中，标签（tag）和缓存内存的初始值分别为 00010 和 36000。同时假设 CPU 要将数据 21700 写入内存地址 11010110，但由于标签不匹配而产生写入未命中。

1.2 写入穿透（Write-Through）缓存

如果是写入穿透缓存，缓存控制器首先将新数据 21700 写入主内存地址 11010110，然后将相同的数据传输到缓存中的组位置 110，数据从 CPU 到主内存和缓存的传输也可能根据缓存架构同时进行，这种写入方式称为写分配协议（write allocate protocol）。

1.3 回写（Write-Back）缓存

如果是回写缓存，写分配协议在未命中后的第一步是将新标签 11010 写入组地址 110，同时将 CPU 数据 21700 写入缓存和回写缓冲区。更新主内存（即覆盖地址 11010110 处的旧数据 42000）将在同一组发生缓存未命中时进行。在此之前，数据内存和缓存保留不同的值，脏位（dirty bit）设置为逻辑 1。当回写缓冲区的内容最终传输到主内存时，脏位从逻辑 1 转变为逻辑 0，完成写入周期。

1.4 绕写（Write-Around）协议

绕写协议是减少缓存内存中数据存储量的另一种方法。根据该协议，在写入穿透缓存中，CPU 仅更新主内存，在发生未命中后完全跳过更新缓存。因此，CP