Cache与主存效率差异如何优化？

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原文：本文字主要明确在软考中经常遇到的缓存效率问题。第一，明确一个问题是：如Cache未命中时，不同的系统有不同的应对策略。一种是直接从主存中搬取数据，它的耗时仅仅是一个。

改写后：在软考中，经常要面对缓存效率的问题。首先，我们要明确一点：当Cache未命中时，不同系统会采取不同的应对措施。例如，有的系统会直接从主存中读取数据，这个过程的时间消耗仅仅是一瞬间。

本文主要明确在软考中经常遇到的缓存效率问题。

第零，明确一个问题：

如果Cache不命中时，不同的系统有不同的应对策略。
一是直接从主存中拿走待取数据，它的时间消耗仅仅是一个访问主存周期。
二是把待取数据先拿回Cache，然后再从Cache中取走数据。而它的时间消耗不仅是一个主存周期，还包括一个访问Cache周期。

第一，求命中率：

CPU欲访问的信息已经在Cache中的比率称之为命中率。 设程序在执行期间，Cache的命中次数是Nc,访问主存的次数是Nm,则命中率为：H=Nc/(Nc+Nm)

第二，求平均访问时间：

平均访问时间Ta = H⋅Tc+(1−H)⋅Tm.

第三，求Cache-主存系统效率：

Cache-主存系统效率E = Tc / Ta

第四，求存储性能提升倍数：

X = Tm / Ta
此处要注意Ta的两种不同取值。具体见例题分析。

例：假设Cache的访问速度是主存的5t,且Cache的命中率是95%，则采用Cache后，存储器的存储性能提高多少？
解：
（1）同时访存时：Cache存储周期是t,主存的存储周期是5t
则平均访问时间：Ta = 0.95t + 0.05 * 5t = 1.2t
主存性能：5t/1.2t = 4.17倍
（2）不同时访存时，在不命中的时候用时就不是5t,而是6t
于是：Ta = 0.95t + 0.05 * 6t = 1.25t
主存性能：5t/1.25 = 4倍

即不同时访问时，在访问Cache失败时耽误了1t时间，计算不命中的时间时加上访问Cache用时即可。