3 替換演算法
為什麼計算機需要高速儲存器？（1）避免cpu「空等」現象；
（2）cpu和主存（dram）的速度差異。
試解釋程式訪問的區域性性原理。時間區域性性原理：當前正在使用的指令和資料，在不久的將來，還會被使用到；故應該將它們放到cache中儲存起來。
空間區域性性原理：當前正在使用的指令和資料，在不久的將來，相鄰的指令和資料也會被使用到，故應該將其相鄰的指令和資料放到cache儲存起來。
這樣當前正在使用的指令和資料和其相鄰的指令和資料都將被放到cache當中，這樣cache和主存之間資料交換的單位是塊。
另外需注意的是，主存與快取按塊儲存，塊的大小相同，塊內位址相同。
試解釋cache的中的命中與未命中、命中率、主存系統的效率等重要概念。命中：主存塊調入快取，主存塊和快取塊建立了對應關係；
用標記記錄與某快取塊建立了對應關係的 主存塊號。
未命中：主存塊未調入快取，主存塊與快取塊未建立對應關係。
命中率：cpu 欲訪問的資訊在 cache 中的 比率；
命中率與cache的容量與塊長有關。（⭐️）
一般每塊可取4~8個字。
訪問效率e與命中率有關：
e的最小值是tc/tm；最大值是1。
試解釋cache的基本結構。cpu要訪問主存，通過位址匯流排獲取主存的塊號和塊內位址，由於cache和主存之間是以塊為單位進行傳輸的，因此主存中的塊內位址可以直接傳到cache中。然後塊號通過主存cache位址對映變換機構，確認是否命中。
若命中，則形成cache的塊號；否則查詢cache中是否還有空間進行裝入。
若有空間，則訪問主存，把主存塊裝入cache中；否則啟動cache替換機構，根據替換演算法決定cache當中哪乙個塊要從cache中退出（退出的塊寫回主存或直接作廢），並且把主存的塊要用的塊寫入到cache中。換言之，當新的主存塊需要調入快取中，而它的可用位置又被占用時，需根據替換演算法解決調入問題。
上述過程中，位址對映和變換這一概念也相當重要，位址對映實際上給出了乙個規則：主存當中的乙個塊如果要放到cache當中的話，它可以被放到cache中的哪乙個塊。主存的塊號或位址轉換成cache的塊號或位址。簡而言之，將主存位址對映到快取中定位稱為位址對映，將主存位址變換成快取位址稱為位址變換。
試解釋cache的讀操作和寫操作。讀：寫：寫操作要解決cache和主存的一致性：
寫操作時只把資料寫入 cache 而不寫入主存，當 cache 資料被替換出去時才寫回主存
優點：寫操作時間就是訪問 cache 的時間。
缺點：cache塊退出時，被替換的塊需寫回主存，增加了cache 的複雜性。
定義：主存當中任意乙個給定的塊，只能裝載到cache指定的塊當中。
每個快取塊 i 可以和 若干個 主存塊 對應
每個主存塊 j 只能和乙個 快取塊 對應
將cache儲存體當作乙個尺子，來度量主儲存體。
定義：主存 中的 任一塊 可以對映到 快取 中的 任一塊
這樣的位址對映的標記位分為：主存字塊標記位(m)+字塊內位址。
某一主存塊 j 按模 q 對映到 快取 的第i組中的 任一塊
如果組相聯中全部的組變為一組，則組相聯對映變為了全相聯對映；如果組相聯對映中每一組中的兩個字塊變為了乙個，則組相聯變為了直接相聯。
靠近cpu的cache要求高速的，可以採用路數比較少的組相聯或者直接相聯的方式；中間的cache可以組相聯的方式，如兩路組相聯、四路組相聯、八路組相聯等；距離cpu較遠的cache可以採用全相聯的方式，因為對速度沒有那麼高的要求。
小結：直接
某一 主存塊 只能固定 對映到 某一 快取塊\
全相聯某一 主存塊 能 對映到 任一 快取塊
組相聯某一 主存塊 只能 對映到 某一 快取 組 中的 任一塊
最先放入的塊一共最先被替換出去。
這種方法不能很好地體現程式區域性性原理。
我們希望替換出去的塊恰好是cpu近期最少使用塊，因此這種演算法能很好地體現程式的區域性性原理。
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