计算缓存中的位数答案

【问题标题】：Calculating number of bits in a cache计算缓存中的位数
【发布时间】：2014-05-25 20:54:36
【问题描述】：

前言：有许多不同的设计模式对缓存的整体性能很重要。下面是列出的参数不同的直接映射缓存设计。

缓存数据大小：32 kib

缓存块大小：2 个字

缓存访问时间：1 个周期

问题：计算上面列出的缓存所需的位数，假设地址为 32 位。给定总大小，找到具有 16 字块的最近直接映射缓存的总大小大小相等或更大。解释为什么第二个缓存，尽管它更大的数据大小，可能会提供比第一个更慢的性能缓存。

这是公式：
缓存中的位数 2^n X（块大小 + 标记大小 + 有效字段大小）

这是我得到的：65536(1+14X(32X2)..
这是正确的吗？

【问题讨论】：

标签： caching computer-science cpu-architecture cpu-cache

【解决方案1】：

我认为您使用的公式是正确的。根据我的教科书《计算机组织与设计硬件，第 5 版》，直接映射缓存中的总位数为：

2^indext bits * (block size + tag size + valid field size).

块大小由问题给出：2 个字 = 32 位
标签大小：32 - 位偏移 - 位索引
有效字段大小通常为 1 个有效位

【讨论】：

该问题没有指定字长，但鉴于地址大小是 32 位，一个好的猜测是字长 = 32 位。（所以指针是 1 个字，就像典型的 32 位 RISC）。比您假设的 16 位字长更可能。一个更好的问题是指定单词大小，而不是让回答者猜测。也许它是由 OP 遗漏的某些上下文所暗示的。

【解决方案2】：

我也遇到了同样的问题，但我有第一部分的答案。

计算所需的总位数

您需要将 KB 转换为单词并获取索引位。
使用第 1 部分的答案来获取您的标签位。

将它们插入这个公式。

(2^(index bits)) * ((tag bits)+(valid bits)+(data size))

提示：本例中数据大小为 64 位，有效位为 1。所以只需找到索引位和标记位即可。

而且我认为你的答案不正确。我没有检查，但我可以看到您将 1+14 和 (32x2) 相乘而不是相加。

【讨论】：

【解决方案3】：

使用：(2^index bits) * (valid bits + tag bits + (data bits * 2^offset bits))

我得到的第一个：

total bits = 2^15 (1+14+(32*2^1)) = 2588672 bits

对于我得到的 16 个字块的缓存：

total bits = 2^13(1 +13+(32*2^4)) = 4308992

16 字块和 32 位地址的下一个最小缓存为 2158592 位，小于第一个缓存。

【讨论】：

你是怎么在第一部分找到2^15 blocks的？由于缓存数据大小为32KiB，并且有2 words/block，所以32 * 2^10 bytes / 8 bytes的结果为2^12 blocks。