图解数据读写与 Cache 操作

供稿:hz-xin.com     日期:2025-01-17
Cache操作详解

Cache技术用于解决CPU运算速度与内存读写速度不匹配的问题,作为CPU与内存之间的临时存贮器,其容量虽小但交换速度远超内存。

Cache工作原理是:CPU在读取数据时,首先在Cache中查找,若找到则立即读取并送至CPU处理;若未找到,则以较慢速度从内存中读取并送至CPU,并将数据所在数据块调入Cache中,以实现后续对整块数据的读取都从Cache中进行,无需再调用内存。

Cache分为L1、L2、L3等不同级别,以及用于指令缓存的I-Cache和用于数据缓存的D-Cache。在实际应用中,D-Cache访问更为频繁。Cache读写操作有写通(Write-Through)和回写(Write-Back)两种方式。写通方式每次写操作都会更新内存和Cache,性能较低;回写方式仅将数据写入Cache,并标记更新,仅在必要时更新内存,性能较高。

在CPU独立访问数据时,数据同步无问题。但在DMA操作时,设备直接访问内存,与CPU读取数据不一致。为确保设备和CPU访问数据一致,需执行Cache的flush操作将数据同步至内存,或invalidate操作使Cache失效,从而读取内存中最新数据。

以顶盒平台和nand flash控制器为例,内存加密在安全芯片中进行,需执行flush D-Cache操作将数据同步至内存供安全芯片访问;加解密完成后需执行invalidate D-Cache操作,确保CPU访问的是安全芯片的结果。在数据向nand flash写入时,需先确保读取数据为真实值,执行flash dcache操作;从nand flash读取数据后,需invalidate dcache使缓存失效,确保CPU读取的是最新内存数据。

在代码搬运时,外设上的指令被视为数据处理。如将保存在外设的代码作为数据复制至内存,再将代码作为指令执行,需同步D-Cache和I-Cache,先将D-Cache写回内存,作废当前I-Cache,确保执行的是内存中更新的代码。

图解数据读写与 Cache 操作
Cache读写操作有写通(Write-Through)和回写(Write-Back)两种方式。写通方式每次写操作都会更新内存和Cache,性能较低;回写方式仅将数据写入Cache,并标记更新,仅在必要时更新内存,性能较高。在CPU独立访问数据时,数据同步无问题。但在DMA操作时,设备直接访问内存,与CPU读取数据不一致。为确保设备...

CPU缓存是如何工作的?
Cache的读写操作涉及读操作和写操作。读操作中,CPU发出主存地址后,Cache地址映射变换模块会判断是否命中。未命中时,需判断Cache是否已满,若已满则通过替换模块访问主存并替换Cache中的某一块。写操作确保Cache与主存内容一致性,主要有写直达和写回两种策略。写回法允许数据在Cache中保持不一致,直到Cac...

cache的作用是什么??
Cache由标记存储器和数据存储器两个基本部分组成。标记存储器是用来储存Cache的控制位与块地址标签,控制位用于管理Cache的读写操作,而块地址标签则记录着Cache中各块的地址。这个地址包含了与主内存映射的块地址,并且都与Cache中的一块“数据”相对应。而这块“数据”正是贮存于Cache的数据存储器中。当...

cache的作用
2.写入。当硬盘接到写入数据的指令之后,并不会马上将数据写入到盘片上,而是先暂时存储在缓存里,然后发送一个“数据已写入”的信号给系统,这时系统就会认为数据已经写入,并继续执行下面的工作,而硬盘则在空闲(不进行读取或写入的时候)时再将缓存中的数据写入到盘片上。虽然对于写入数据的性能有一定...

缓存模式(Cache Aside、Read Through、Write Through)
Cache-Aside模式广泛应用于提高应用性能,支持读取与写入操作。在读取数据时,系统优先尝试从缓存中获取数据,若缓存中不存在所需数据,则从原始数据源(如数据库)获取,并将数据写入缓存,确保数据一致性与访问效率。在Cache-Aside模式中,读操作的实现方式是在调用方法时检查缓存中是否存在所需数据。如果...

简述cache-主存组成的储存结构中,存储器读取数据的工作过程。2.cpu对...
1.CPU访问主存地址时,需降主存地址转换成Cache地址,并判断欲访问的信息是否已调入缓存。已调入则可以进行读写操作;未调入则需将新的主存块调入。2.给出地址(连接在地址线上),读\/写信号(连接在读\/写控制线,一般低电平是读,高电平是写)

Cache是什么,作用是什么
cache,即缓存,其主要功能在于提升软件的读写效率。当我们使用软件时,系统会预先读取一部分主要文件作为缓存,这使得软件在每次启动时和运行过程中都能更快地响应用户需求。缓存文件具有临时性,用户可以自行删除,但当软件再次启动时,系统会自动重新生成这些缓存文件。缓存的机制工作原理是基于“局部性原理...

cache和cache的区别是什么?
若在,称为Cache 命中,CPU可用极快的速度对它进行读\/写操作;若不在,则称为Cache未命中,这时就需要从内存中访问,并把与本次访问相邻近的存储区内容复制到 Cache 中。未命中时对内存访问可能比访问无Cache 的内存要插入更多的等待周期,反而会降低系统的效率。而程序中的调用和跳转等指令,会造成...

探秘Redis读写策略:CacheAside、读写穿透、异步写入
写操作:先缓存写入,异步数据库写。优点:提升写操作性能,优化数据库操作。缺点:数据可能短暂不一致,需处理缓存与数据库间一致性问题。模式比较 从数据一致性、读写性能、复杂度、适用场景、缓存失效、数据延迟、数据丢失风险和成本等方面,对CacheAside、读写穿透、异步写入三种模式进行综合比较,揭示各...

指令cache与数据cache是什么
现代cpu内部的指令执行都是先做指令的跳转预测,指令解码,然后才是微指令的执行,数据写回等等。从这个流程我们可以看出数据和指令在cpu内部是分开使用的,所以为了提升cpu执行的效率,指令和数据是有不同的总线,这样就可以用指令cache来提升指令读入效率,利用数据cache来提升数据读写的效率。