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1、Cache(高速緩存)與主存一致性初探院系名稱姓 名學 號?！ I(yè)計算機科學與技術專業(yè)指導教師18摘 要存儲器是具有“記憶”功能的部件，它在計算機系統(tǒng)中占有十分重要的地位。存儲器的基本功能是存放以二進制形式表示的程序與數(shù)據(jù)。如何設計容量大、速度快且造價低的存儲器，一直是計算機發(fā)展中的關鍵問題，目前還沒有哪一種存儲器功能完全滿足計算機系統(tǒng)對存儲器的需求。因此，計算機系統(tǒng)通常配備分層結構的存儲系統(tǒng)，以滿足容量、速度和造價等方面的要求。衡量存儲器有三個指標：容量、速度和價格/位。一般地說，速度高的存儲器，每位價格也高，因此容量不能太大。所以存儲器設計的約束有容量、速度和價
2、格。容量似乎沒有限制，不管容量多大，總要開發(fā)出應用程序來使用。為了獲得更好的性能，存儲器的速度必須能夠跟上CPU，即當CPU執(zhí)行指令時，不想讓他停下來等待指令或操作數(shù)。價格問題也必須考慮，對于實用的系統(tǒng)，存儲器的價格必須相對于其他部件是合理的。因此三個指標之間需要進行權衡。高速緩存系統(tǒng)中能否確保高速緩沖存儲器和主存內(nèi)容一致性，這個問題直接關系到整個計算機系統(tǒng)的性能。這兩部分的數(shù)據(jù)一致性問題產(chǎn)生的原因有二：其一，由于CPU對高速緩沖存儲器的寫入導致它的內(nèi)容更新而主存內(nèi)容陳舊；其二，由于I/O處理機或多處理機系統(tǒng)中某一處理機修改了主存內(nèi)容導致高速緩沖存儲器內(nèi)容陳舊。針對不同
3、原因，分析了寫策略中七種解決方案，并就高速緩存系統(tǒng)采用的第二級脫片高速緩沖存儲器，以及第三級脫片高速緩沖存儲器結構數(shù)據(jù)一致性問題進行初步探討。本文通過對存儲器系統(tǒng)Cache（高速緩存）與主存的概念進行描述和目前兩者之間一致性存在的一些問題進行研究。并分析在多處理機系統(tǒng)中，主存與各處理機私有Cache之間及各私有Cache之間存在的數(shù)據(jù)不一致性。對解決不一致性的方法：監(jiān)聽總線協(xié)議、基于目錄的Cache一致性協(xié)議、軟件控制方法等進行詳細的定性分析，并指出各種方法的優(yōu)缺點，供設計者參考；同時提出軟件和硬件相結合的方法，能有效解決Cache的一致性問題。關鍵詞：存儲器；主存；緩
4、存；一致性18AbstractMemoryisa"memory"functioncomponents,itinacomputersystemoccupiesaveryimportantposition.Thebasicfunctionofmemoryisstoredinbinaryformofsaidprogramsanddata.Howtodesigncapacity,speedisquickandlowcostofmemory,isalwaysthekeyproblemsinthedevelopmentofthecomputer,thereisnomemoryfun
5、ctionfullymeettheneedsofthememoryofacomputersystem.Therefore,thecomputersystemusuallyequippedwithalayeredstructureofstoragesystem,tosatisfythecapacity,speedandcostrequirements.Measurememoryhasthreeindex:capacity,speedandprice/a.Generallyspeaking,thehighspeedofmemory,everypriceishigh,ther
6、eforecapacitycannotbetoobig.Somemorydesignconstraintscapacity,speedandprice.Thereseemstobenolimitcapacity,nomatterhowmuchcapacity,thetotaltodevelopapplicationstouse.Inordertoobtainthebetterperformance,thespeedofthememorymustbeabletokeepupwiththeCPU,andthatiswhentheCPUexecutinginstruction
7、s,don'twanthimtostopandwaitforinstructionsoroperand.Thequestionofpricemustalsoconsider,forpracticalsystem,memorypricesrelativetootherpartsmustbeisreasonable.Sothethreeindexestoweighbetween.Cachesystemcanensurecachememoryandmainmemorycontentsconsistency,thedirectlyrelatedt
