储器层次结|「计算机组成原理」：高速缓存存储器( 五 ) 存储器|cpu|索引|局部性|缓存

不命中处罚（Miss Penalty）：当缓存不命中时，要从下一层的存储结构中传输对应块到当前层中，需要额外的时间（不包含命中时间）。通常，贮存需要50~200个时钟周期。注意：命中和不命中两者对性能影响很大，比如99%命中率的性能会比97%命中率高两倍。

接下来讨论高速缓存中不同参数对高速缓存性能的影响：
参数优点缺点建议高速缓存大小越大提高命中率增加命中时间L1<L2<L3块大小越大利用程序的空间局部性，提高命中率1高速缓存固定式,块越大，行越少，无法利用局部性。2增加块传输时间现代系统块大小为64bits相联度越高降低高速缓存由于不命中导致的抖动1实现困难，成本高，速度慢 2需要更长标志位 3增加命中时间 4增加不命中处罚L1和L2使用8路组相联 L3使用16组相联
想要编写高速缓存友好（Cache Friendly）的代码，基本方法为：

让最常见的情况运行得快，将注意力集中在核心函数的循环中
尽可能减少每个循环内部的缓存不命中，可以对局部变量反复引用，因为编译器会将其保存到寄存器中，其他的变量最好使用步长为1的引用模式。

以CSAPP书中的练习题6.18为例探讨缓存命中和不命中的情况。
首先根据题目可了解到，src数组和dest数组在内存中的存储方式为
L1高速缓存的块大小为8字节，则b=3且一次存放两个int，而高速缓存大小为16个数据字节，说明高速缓存组为2组，则s=1。采用直接映射的、直写和写分配的高速缓存。一开始为空的，探讨以下代码的命中情况:

文章插图
第一轮：高速缓存为空，则对src[0][0]的读取会不命中，根据地址...00000可知，将其存放在组0中，且数据块保存了src[0][0]和src[1][1]。对dest[0][0]写时，根据其地址...10000可知会查看0组的位置，由于标志位不同，所以写不明中，会采用写分配，将对应的数据块保存到组0，其数据块包含dest[0][0]和dest[0][1]，然后更新dest[0][0]。此时的高速缓存的内容为
第二轮：读取src[0][1]时，根据其地址...00100可知，需要访问组0，由于标志位不同，所以读取不命中，会重新将src[0][0]和src[0][1]的数据块保存到0组中。对dest[1][0]写时，其地址为...11000，说明会访问组1，发现其中不包含任何数据，会出现写不命中，然后将包含dest[1][0]和dest[1][1]的数据块保存到组1中。
第三轮：读取src[1][0]时，根据其地址...01000，需要访问组1，由于其标志位不同，所以读取不命中，会将包含src[1][0]和src[1][1]的数据块保存到组1中。对dest[0][1]写时，其地址为...10100，会访问组0，发现标志位不同，会出现写不命中，然后将dest[0][0]和dest[0][1]写入组0中。