系统加速利器Hardware Cache（一）——三种类型的Cache

Hardware cache的目的

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Hardware Cache的是为系统加速而生的，这个是众所周知的事情。不过为了本文内容的完整性，我在此还是先将hardware cache的功能讲一下，不过我会尽量简短一点。

cpu访问hardware cache的速度要远高于访问主内存的速度，为了加快系统运行速度，会将主内存的部分数据放在hardware cache中，这样cpu就不必每次都访问主内存，如果要访问的数据在cache中命中，则直接从cache中读数据或者直接修改cache中的数据即可，从而加快了系统运行速度。至于由于hardware cache的引入，出现的多master环境下内存不一致问题，我们在后面的章节讨论。

这里有两个问题要特别注意：
第一，hardware cache由于比较昂贵，所以一般容量较小，而主内存一般容量很大，所以主内存中的数据不可能全部放在hardware cache中，所以cache中的内容在必要的时候会同步到内存，以便能装入新的内容。

第二，hardware的操作单位是cache line，cache line的长度由芯片设计而定，本文我们以32B cache line分析。

三种类型的cache

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我们以32K的cache容量，32B的cache line size来分析。32K的cache容量，每个cache line是32B，所以总共有1024个cache line。

直接映射的cache

直接映射的cache方案中，每个cache line所对应的物理内存都是固定的，映射关系如