一、程序访问的局部性原理

程序访问的局部性原理包括时间局部性和空间局部性。

空间局部性：在最近的未来要用到的信息（指令和数据），很可能与现在正在使用的信息在存储空间上是邻近的
时间局部性：在最近的未来要用到的信息，很可能是现在正在使用的信息

高速缓冲技术是利用程序访问的局部性原理，把程序中正在使用的部分存放在一个高速的、容量较小的Cache中，使CPU的访存操作大多数针对Cache进行，从而大大提高程序的执行速度。

二、Cache的基本工作原理

Cache位于存储器层次结构的顶层，通常由SRAM构成。

Cache和主存都被分成若干大小相等的块（Cache块又称为Cache行），每块由若干字节组成，块的长度称为块长（Cache行长）。所以Cache中的块数要远少于主存中的块数，它仅保存主存中最活跃的若干块的副本。

CPU与Cache之间的数据交换以字为单位，而Cache与主存之间的数据交换则以Cahce块为单位。

当CPU发出读请求时，若访存地址在Cache中命中，就将此地址转换成Cache地址，直接对Cahce进行读操作，与主存无关；若访存地址在Cache中未命中，则需访问主存，并把此字所在的块一次性地从主存调入Cache，若此时Cache已满，则需根据某种 替换算法，用这个块替换Cache中原来的某块信息。
当CPU发出写请求时，若Cache命中，有可能会遇到Cache与主存中的内容不一致的问题，此时需要根据某种 写策略 解决这个问题。

三、Cahce的性能指标

与Cahce有关的性能指标主要有：命中率，缺失率和平均访问时间。

1. 命中率H：

CPU欲访问的信息已在Cache中的比率

设一个程序执行期间，Cache的总命中次数为 N c N_c Nc，访问主存的总次 N m N_m Nm。则 H = N c / ( N c + N m ) H=N_c/(N_c+N_m) H=Nc/(Nc+Nm)

2. 缺失率M：

CPU欲访问的信息不在Cache中的比率

M = 1 − H M=1-H M=1−H

3. 平均访问时间 T a T_a Ta：

设 t c t_c tc 为命中时的Cache访问时间， t m t_m tm为未命中时的访问时间，则 T a = H ∗ t c + （ 1 − H ） t m T_a=H*t_c+（1-H）t_m Ta=H∗tc+（1−H）tm

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