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对于回写高速缓存策略，为什么在写入高速缓存之前应首先从内存中读取数据？

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具有回写高速缓存的高速缓存，对高速缓冲存储器执行写操作并立即返回 . 仅当数据已存在于缓存中时才会这样 . 如果数据不存在于高速缓存中，则首先从较低存储器中取出数据，然后将其写入高速缓存中 .

我不明白为什么在写入之前首先从内存中获取数据很重要 . 如果要写入数据，则无论如何都将变为无效 .

我知道基本概念，但想知道在写入地址之前必须读取数据的原因 .

我有以下猜测，

这是针对多处理器环境中的Cache Coherency完成的 . 其他处理器窥探总线以保持Cache Coherency . 写入地址的处理器需要获得独占访问权限，其他处理器必须找到这一点 . 但是，这是否意味着，单处理器计算机不需要这样做？

谢谢

caching architecture

2 回答

  • 5

    简答

    高速缓存中未命中的写入可能会也可能不会获取正在写入的块，具体取决于高速缓存的写入未命中策略（ fetch-on-write-miss 与 no-fetch-on-write-miss ） . 它不依赖于写入命中策略（ write-back 与 write-through ） .

    解释

    为了简化，我们假设我们有一个级别的缓存层次结构：

    -----     ------     -------------
|CPU| <-> | L1 | <-> |main memory|
-----     ------     -------------

    L1写策略是fetch-on-write-miss .

    缓存存储 blocks 数据 . 典型的L1块是32字节宽度，也就是说，它包含几个字（例如，8×4字节字） .

    高速缓存和主存储器之间的传输单元是块，但CPU和高速缓存之间的传输可以具有不同的大小（1,2,4或8字节） .

    我们假设CPU执行4字节 word write .

    • 如果包含该单词的块未存储在缓存中，则表示缓存未命中 . 整个块（32字节）从主存储器传输到高速缓存，然后相应的字（4字节）存储在高速缓存中 .

    • 回写缓存会将块标记为 dirty （如您所述，无效） .

    • 直写高速缓存会将更新后的字发送到主存储器 .

    • 如果包含该单词的块存储在缓存中，我们会有缓存命中 . 相应的单词已更新 .

    更多信息：缓存写入策略和性能 . Norman P. Jouppi .
    http://www.hpl.hp.com/techreports/Compaq-DEC/WRL-91-12.pdf

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  • 1

    你的猜测几乎是正确的 . 但是，这种行为也必须在多核单处理器系统中完成 .

    您的处理器可以有多个内核，因此在写入缓存行（在WB缓存中）时，发出写入的核心需要获得对该行的独占访问权限 . 如果用于写入的行标记为脏，则在使用新信息写入之前，它将被“刷新”到较低的存储器 .

    在多核CPU中，每个核心都有自己的L1缓存，每个核心都有可能存储共享L2线路的副本 . 因此，您需要缓存一致性的此行为 .

    您应该通过阅读 MESI 协议以及它的派生来了解更多信息 .

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