Cache优化原则

缓存未命中原因（3C）及内存访问时间剖析

缓存未命中类型

• 强制性缺失（Compulsory Miss）
  
  
  
  • 定义：首次访问某内存块时必然发生的缺失，也称为冷启动缺失或首次引用缺失
    
  • 特性：
    
    
    
    • 与缓存容量无关，增大缓存块（Block Size）可减少此类缺失
      
    • 比方程序启动时首次加载数据必然触发
      
    
    
  
  
• 容量性缺失（Capacity Miss）
  
  
  
  • 定义：因缓存总容量不足导致已加载数据被更换后再次访问的缺失
    
  • 优化方向：
    
    
    
    • 增大缓存容量可显著减少此类缺失
      
    • 典型场景：处理大规模数据集时，缓存无法容纳全部活泼数据块
      
    
    
  
  
• 辩说性缺失（Conflict Miss）
  
  
  
  • 定义：不同内存块因映射到同一缓存组（Cache Set）而引发的竞争缺失
    
  • 优化方向：
    
    
    
    • 提高相联度（Associativity）可缓解此类题目，但超过8路组相联后收益递减
      
    • 常见于直接映射和组相联架构中，比方地点0和4映射到同一缓存组
      
    
    
  
  

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平均内存访问时间公式

公式：
                                         平均内存访问时间                            =                            缺失率                            ×                            缺失惩罚                            +                            命中时间                                  \text{平均内存访问时间} = \text{缺失率} \times \text{缺失惩罚} + \text{命中时间}                     平均内存访问时间=缺失率×缺失惩罚+命中时间

• 命中时间：缓存命中时的访问延长（通常1-3个时钟周期）
  
• 缺失惩罚：从主存加载数据的额外耗时（约100-300周期）
  

针对公式中的三个元素各有优化策略，使得平均访问时间降低

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