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

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