缓存大小和计算缓存集

Question

我正在尝试了解缓存基础知识。如果我有

#define OFFSET_BITS (6)                              // 64 bytes cache line
#define SET_INDEX_BITS (5)                           // 32 sets
#define TAG_BITS (64 - OFFSET_BITS - SET_INDEX_BITS) //
#define NWAYS (8)                                    // 8 ways cache.

这台机器的缓存大小是多少？它只是添加偏移量、设置和标记位吗？另外，假设我有一个地址 0x40000100，该地址的缓存设置是什么？我该如何计算？

Answer 1

假设您有一个数组，如下所示：

uint8_t myCache[1 << SET_INDEX_BITS][NWAYS][1 << OFFSET_BITS];

对于NWAYS = 8、SET_INDEX_BITS = 5和OFFSET_BITS = 6；数组的大小（缓存的大小）将是 16384 字节（16 KiB）。

注意"cache size"只是指缓存可以存储多少数据，不包括存储查找数据所需的标签的成本。

标签可以用第二个数组表示，如下所示：

myCacheTags[1 << SET_INDEX_BITS][NWAYS];

如果一个标签需要53位，那么256个标签需要13568位；所以要实际实现缓存，您至少需要 18080 字节。当然，在 C 语言中（你不能拥有 53 位整数数组），padding/alignment 的成本要高一些（标签数组最终每个标签的成本为 64 位）。

要在缓存中查找缓存行，您可以执行以下操作：

uint8_t *getCacheLine(uint32_t address) {
    int setIndex = (address >> OFFSET_BITS) & (( 1 << SET_INDEX_BITS) - 1);
    int myTag = address >> (OFFSET_BITS + SET_INDEX_BITS);

    for(int way = 0; way < NWAYS; way++) {
        if(myTag == myCacheTags[setIndex][way]) {
            return myCache[setIndex][way];
        }
    }
    return NULL;   // Cache miss
}

注意：通常标签包含某种 "valid or invalid" 标志（以防缓存中的条目根本不包含任何内容），并且通常标签还包含一些东西来表示如何最近使用的缓存行是（用于某种 "least recently used" 驱逐算法）。我提供的示例代码不完整 - 它在执行 if(myTag == myCacheTags[setIndex][way]) 时不会屏蔽掉这些额外的位，它不会检查任何 valid/invalid 标志，也不会更新标记以指示最近使用了缓存行。

缓存大小和计算缓存集

size of cache and calculating cache set

c

caching

cpu-cache