Caché学习资料整理
计算机组成原理cache课程报告
计算机组成原理课程报告学号：班级：姓名：Cache的发展历程及应用在计算机组成原理课学过Cache之后我才发现原来我对Cache了解的如此之少，以前在买电脑时经常看到一级缓存、二级缓存和三级缓存，然而当时并不懂这是什么东西，现在学过Cache 之后才知道了缓存在电脑中的地位.原来Cache在提高计算机速度方面有如此大的作用。
那么就让我们来了解一下Cache的发展历程。
经过我查资料得知,Cache一词来源于法语，其原意是“藏匿处，隐秘的地方”,而自从被应用于计算机科学之后，就已经成为了英语中的一个计算机体系结构专有名词。
Sun Microsystems 的前首席科学家Billy Joy，作为BSD unix，csh，vi,NFS，java，TCP/IP等的发明者，他曾经说过，在计算机科学领域，如果没有了cache的发明，其他的一切发明都将失去意义。
而正是他，将给予分页的虚拟内存系统引入了Unix,影响了之后所有的新操作系统开发。
Cache的出现正是为了解决CPU日益增长的核心时钟频率以及系统主内存日益落后的速度之间的矛盾①。
这就是Cache解决的主要问题。
那么，这个问题是怎样显现出来以及Cache是如何出现的呢？纵观PC系统和CPU二十年的发展，随着半导体加工工艺水平的不断提高,集成电路技术的不断进步，导致生产成本不断降低，CPU的功能不断增强，运算速度越来越快，CPU和存储器的性能都有了很大的提高。
CPU频率的提高，必然要求系统中存储器的存取速度要提高，还要求其容量要增大。
主存储器DRAM容量的提高还是比较快的，但是DRAM读取时间的提高却很慢。
从而在速度上与CPU主频的提高产生了极不相配的情况,这样会影响整个系统的性能.二十年来,CPU 设计的问题之一就是解决高速CPU和低速DRAM之间的平衡或匹配问题，以求系统性能的整体提高。
在它们之间加入高速缓冲存储器Cache，就是这个问题的解决方案之一。
计算机组成原理存贮系统培训课件
适合大容量Cache
计算机组成原理
三、组相联映射方式
存贮系统
前两者旳组合
Cache分组，组间采用直接映射方式，组内采用 全相联旳映射方式
Cache分组U，组内容量V 映射措施（一对多）
q= j mod u 主存第j块内容拷贝到Cache旳q组中旳某行
地址变换
设主存地址x，看是不是在cache中，先y= x mod u， 则在y组中一次查找
（100*10-13）/100*10=0.987
计算机组成原理
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
存贮系统
(3)依题意，设主存周期为5t， Cache周期为t， 没有Cache时旳访问时间为5t*1000，有Cache 时旳访问时间为t*（1000-13）+5t*13，则速 度提升旳倍数为
5t*1000/[t*（1000-13）+5t*13]-1=3.75 (4)系统旳效率为
计算机组成原理
3、组相联映射方式
存贮系统
分析：比全相联轻易实现，冲突低 v=1，则为直接相联映射方式 u=1，则为全相联映射方式 v旳取值一般比较小， 一般是2旳幂，称
之为v路组相联cache.
计算机组成原理
存贮系统
计算机组成原理
3、组相联映射方式
存贮系统
设某机器主存为1MB，划分为2048个页，每页大 小为512B；
计算机组成原理
例5
存贮系统
解： 1. 直接映射
2.全相联映射
3.组相联映射
3
4
3
主存组号 Cache行号 块内地址
7
3
主存块号
块内地址
4
3
3
主存组号 Cache组号 块内地址
cache相关概念及工作原理介绍
cache相关概念及工作原理介绍【原创版】目录一、Cache 的概念二、Cache 的作用三、Cache 的工作原理四、Cache 的类型与结构五、Cache 的应用场景正文一、Cache 的概念Cache，即高速缓存，是一种存储技术，它位于主存与 CPU 之间，作用是提高 CPU 访问存储器的速度。
Cache 可以看作是主存的一个高速副本，它将主存中频繁访问的数据复制到自身，当 CPU 需要再次访问这些数据时，可以直接从Cache 中获取，从而减少了 CPU 与主存之间的访问延迟。
二、Cache 的作用Cache 的主要作用是提高 CPU 的运行效率。
随着 CPU 处理速度的提升，主存的访问速度逐渐成为系统性能的瓶颈。
通过使用 Cache，可以减少 CPU 等待主存读写完成的时间，从而提高 CPU 的执行效率。
三、Cache 的工作原理Cache 的工作原理主要包括两个方面：一是缓存策略，即如何判断哪些数据需要被缓存；二是替换策略，即当 Cache 空间不足时，如何选择淘汰哪些缓存数据。
1.缓存策略缓存策略主要根据程序的访问模式来判断。
一般来说，缓存策略可以分为以下三种：- 时域局部性（Temporal Locality）：程序在一段时间内多次访问相同的数据。
这种局部性可以通过缓存来提高访问速度。
- 空间局部性（Spatial Locality）：程序在访问一个数据时，很可能还会访问其附近的数据。
这种局部性可以通过缓存来提高访问速度。
- 随机访问（Random Access）：程序访问的数据与缓存中存储的数据无关，这种访问模式无法通过缓存来提高访问速度。
2.替换策略当 Cache 空间不足时，需要选择一些缓存数据进行替换。
替换策略主要有以下几种：- 最近最少使用（Least Recently Used，LRU）：选择最近最少使用的数据进行替换。
- 时间戳（Timestamp）：记录每个数据在 Cache 中的时间，选择最早进入Cache 的数据进行替换。
Cache_学习笔记
Java CacheCache缓存的意思。
如用户在浏览网页的时候，后退就不需要重新从服务器数据库中提取数据，这时就可以采用Cache机制。
其主要做法是在用户第一次访问的时候，从数据库中提取的数据保存到一个CacheMap中（这个CacheMap其实就是保存在内存中）。
当用户再一次访问的时候只需要从Map中提取数据，而不需要到服务器数据库中去提取，大大提高页面的访问速度。
Java实现cache的基本机制我这里说的cache不是指CPU和RAM之间的缓存，而是java应用中间常用的缓存。
最常使用的场合就是访问数据库的时候为了提高效率而使用的cache。
一般的用法就是把数据从数据库读到内存，然后之后的数据访问都从内存来读，从而减少对数据库的读取次数来提高效率。
在使用cache的时候最容易犯的错误就是cache涉及了业务逻辑。
使用cache的原意是只是提高程序效率，而不应该干涉程序结果。
按照cahce的定义，cache应该是对数据访问端透明地工作。
所以在使用cache的时候我们可以问一下自己：“我把cache拿掉后程序还能运行吗？” “cache拿掉前后程序运行的结果一直吗？”。
如果答案是否，那您就得重新考虑您的cache方案。
我自己就碰到过这样的bug：数据库的有个表里面都是些配置信息，也就是说是些读访问远大于写访问的数据。
然后这些数据被理所应当地在程序里面做成内存 cache。
问题是有个delete方法删除了一条数据，但是没有更新内存cache。
所以读操作的客户代码还是能读到这条数据。
问题的根本就是后台数据和cache不一致cache的容量一般相对后台数据量都比较有限。
一旦cache满了就势必要选择最没用的数据从cache里面删除掉，为新数据腾出空间。
这里就涉及cahce 算法cache algorithm或者叫替换算法。
在java的cache产品中一般叫evict policy。
下面我们来看一下常用的cache algorithm。
cache的使用
cache的使用
（实用版）
目录
1.Cache 的定义和作用
2.Cache 的分类
3.Cache 的工作原理
4.Cache 的优点和局限性
5.Cache 的应用领域
正文
一、Cache 的定义和作用
Cache，即高速缓存，是一种存储技术，主要用于提高数据访问速度。
它的主要作用是减少数据读取时间，提高数据处理速度，从而提高系统的运行效率。
二、Cache 的分类
Cache 主要分为以下几类：
1.CPU Cache：位于 CPU 内部，主要用于存储和加速 CPU 访问的数据和指令。
2.内存 Cache：位于内存和硬盘之间，主要用于存储经常访问的数据，以减少内存和硬盘之间的读写延迟。
3.硬盘 Cache：位于硬盘内部，主要用于存储从磁盘读取的数据，提高读取速度。
4.网络 Cache：位于网络节点，主要用于存储经常访问的网络数据，以减少网络延迟。
三、Cache 的工作原理
Cache 的工作原理主要基于局部性原理，即程序在一段时间内对某些数据的访问比其他数据更频繁。
Cache 通过以下方式实现数据访问加速：
1.命中率：Cache 能够命中访问的数据，直接从 Cache 中读取，无
需访问其他存储设备。
2.未命中：当 Cache 中没有访问的数据时，Cache 会将数据从其他
存储设备中读取并存储，以便下次访问。
四、Cache 的优点和局限性
Cache 的优点主要体现在提高了数据访问速度，减少了数据读取时间，提高了系统的运行效率。
然而，Cache 也存在一定的局限性，如 Cache 失效、Cache 一致性等问题。
13第十三讲CACHE
4
一 Cache存储器概述
功能：解决CPU和主存间速度不匹配问题 采用高速SRAM构成 速度差别很大时采用两级或多级Cache系统 早期的一级Cache在CPU内，二级在主板上 现在的CPU内带L1 Cache和L2 Cache 全由硬件调度，对用户透明
程序访问的局部性原理
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4、虚存机制要解决的关键问题
——在操作系统的控制下，由硬件和系统软件负责解决 (1)调度问题：决定哪些程序和数据应被调入主存 (2)地址映射问题： 内地址变换——访问主存时把虚地址变为主存物理地址 外地址变换——访问辅存时把虚地址变成辅存的物理地 址 还要解决主存分配、存储保护与程序再定位等问题 (3)替换问题：决定哪些程序和数据应被调出主存 (4)更新问题：确保主存与辅存的一致性
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替换策略
最不经常使用(LFU)算法 LFU算法将一段时间内被访问次数最少的那行 数据换出。每行设置一个计数器。从0开始计数，
每访问一次， 被访行的计数器增1。当需要替换
时，将计数值最小的行换出，同时将这些行的计 数器都清零。
这种算法将计数周期限定在对这些特定行两次替
换之间的间隔时间内，不能严格反映近期访问情
写一次法
基于写回法并结合全写法的写策略,写命中 与写未命中的处理方法与写回法基本相同， 只是第一次写命中时要同时写入主存。这 便于维护系统全部cache的一致性。奔腾机
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cache命中率
命中率h： cache完成存取的总次数与CPU
访问的总次数之比。 设Nc表示cache完成存取的总次数，Nm表 示主存完成存取的总次数，h＝ Nc/(Nc+ Nm)
计算机物理内存的访问地址称为实地址或物理地址，其对应的 存储空间称为物理存储空间或主存空间
第十讲(cache存储器)要点课件
当缓存满了，需要替换数据块时，LFU算法会选择最不经常使用的数据块进行替换。这种算法能够提 高缓存命中率，但实现起来较为复杂，需要记录每个数据块的访问频率。
04
Cache存储器的性能分析
Cache存储器的命中率
01
02
03
命中率
衡量Cache存储器效率的 重要指标，指程序访问 Cache成功命中的次数与 总访问次数的比值。
影响因素
Cache容量、块大小、程 序特性、替换策略等。
优化策略
根据程序特性调整Cache 容量和块大小，采用合适 的替换策略，以提高命中 率。
Cache存储器的效率
效率
指Cache存储器完成一次 访问所需的时间与直接访 问存储器所需时间的比值 。
影响因素
Cache访问速度、块大小 、Cache层次结构等。
第十讲(cache存储器)要点 课件
contents
目录
• Cache存储器概述 • Cache存储器与主存的映射方式 • Cache存储器的替换算法 • Cache存储器的性能分析 • Cache存储器的优化策略
01
Cache存储器概述
Cache存储器的定义
01
Cache存储器是一种高速缓冲存 储器，用于暂时存储CPU经常访 问的指令和数据，以便快速访问 和提高系统性能。
组相联映射
总结词
一种折中的映射方式，将主存中的块分组，每组内的 块映射到Cache的固定块位置。
详细描述
组相联映射方式中，将主存中的块分成若干组，每组 内的块具有固定的对应关系。Cache被划分为与主存 组数相同的组，每个组中的块可以存储主存中对应组 内的任意一块数据。当访问主存时，首先确定访问的 块属于哪个组，然后在Cache中查找该组对应的块， 如果有则将数据读入Cache块中，否则需要将数据从 主存中读取并替换掉Cache中的某块数据。这种方式 的优点是查找时间较短且具有一定的灵活性，缺点是 仍然存在Cache浪费的问题。
高速缓冲存储器相关知识
高速缓冲存储器高速缓冲存储器（Cache）其原始意义是指存取速度比一般随机存取记忆体（RAM）来得快的一种RAM，一般而言它不像系统主记忆体那样使用DRAM技术，而使用昂贵但较快速的SRAM技术，也有快取记忆体的名称。
一、基本概念在计算机存储系统的层次结构中，介于中央处理器和主存储器之间的高速小容量存储器。
它和主存储器一起构成一级的存储器。
高速缓冲存储器和主存储器之间信息的调度和传送是由硬件自动进行的。
某些机器甚至有二级三级缓存，每级缓存比前一级缓存速度慢且容量大。
而这时，一开始的高速小容量存储器就被人称为一级缓存。
二、组成结构高速缓冲存储器是存在于主存与CPU之间的一级存储器，由静态存储芯片(SRAM)组成，容量比较小但速度比主存高得多，接近于CPU的速度。
主要由三大部分组成：Cache存储体：存放由主存调入的指令与数据块。
地址转换部件：建立目录表以实现主存地址到缓存地址的转换。
替换部件：在缓存已满时按一定策略进行数据块替换，并修改地址转换部件。
三、作用介绍在计算机技术发展过程中，主存储器存取速度一直比中央处理器操作速度慢得多，使中央处理器的高速处理能力不能充分发挥，整个计算机系统的工作效率受到影响。
有很多方法可用来缓和中央处理器和主存储器之间速度不匹配的矛盾，如采用多个通用寄存器、多存储体交叉存取等，在存储层次上采用高速缓冲存储器也是常用的方法之一。
很多大、中型计算机以及新近的一些小型机、微型机也都采用高速缓冲存储器。
高速缓冲存储器的容量一般只有主存储器的几百分之一，但它的存取速度能与中央处理器相匹配。
根据程序局部性原理，正在使用的主存储器某一单元邻近的那些单元将被用到的可能性很大。
因而，当中央处理器存取主存储器某一单元时，计算机硬件就自动地将包括该单元在内的那一组单元内容调入高速缓冲存储器，中央处理器即将存取的主存储器单元很可能就在刚刚调入到高速缓冲存储器的那一组单元内。
于是，中央处理器就可以直接对高速缓冲存储器进行存取。
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关于Caché学习资料整理一、Caché概念1、InterSystems公司产品，后关系型数据库2、整合了对象数据访问、高性能的SQL访问、多维数据访问3、在Caché包括一个应用服务器，提供高级对象编程、Caché还提供高性能的运行环境，这一运行环境采用独特的分布式数据缓存协议技术。
4、Caché的ObjectScript的数据存取方法：对象，SQL、多维数组和嵌入式HTML。
5、Caché为开发复杂的、基于网页应用程序提供了丰富的集成开发环境。
CachéService Page （CSP）技术可以进行快速开发，动态产生。
6、Caché以多维数组存储数据，所有数据都保存在Global中。
7、Global以如下形式表示：^名称（下标1，下标2，下标3…）= 值8、可以自己定制Global，包括添加，删除，修改，遍历起节点。
多维数组以树状的形式保存，他的每一个节点直接与磁盘和内存中的数据块相对应，因此可以达到极快的访问速度。
在此基础上将多维数组映射成对象或者关系形的格式，分别由面向对象的接口和基于SQL 的接口进行访问。
9、Caché完全面向对象，可以直观的数据建模。
10、应用程序通过命名空间访问数据库里的数据和程序，因此命名空间和数据库之间要建立映射，命名空间和数据库之间的映射不一定是一对一的，一个数据库可以被多个命名空间访问，一个命名空间可以访问多个数据库里的数据。
建立命名空间的主要工作就是建立与数据库的映射，这样做可以将程序逻辑与物理存在的数据独立开来。
//命名空间是一个逻辑图，这个图把多维Global数组和代码映射到数据库。
11、Caché的菜单•Getting Started 入门文档初学者可从中获取必要信息•Start Caché启动Caché启动Caché服务•Stop Caché关闭Caché关闭Caché服务。
点击后选择是要关闭还是要重新启动Caché。
•Studio 工作室Caché的集成开发环境。
•Terminal 终端通过类似于DOS 的终端界面访问Caché•Explorer资源管理器查看Caché中的数据资源，包括多维数组、类和例程•SQL Manager SQL管理器通过关系型方式访问Caché•Control Panel控制面板监视和管理Caché的运行•Configuration Manager配置管理器进行基本配置，包括数据库的配置•Documentation 联机文档只有启动Caché后才可以阅读全部文档信息•Remote System Access > 远程系统访问在本地控制远端的Caché服务器(任意平台)。
UNIX 系统的管理要通过这种方式实现。
子菜单中同样包含了工作室，终端，资源管理器，SQL 管理器，控制面板，配置管理器，联机文档等菜单项。
•Preferred Server 当前使用的Caché服务器子菜单中可以编辑Caché服务器列表。
在这里配置远程服务器。
我们可以在一台Windows 平台的计算机上管理网络中所有的各种平台的Caché服务器。
•About…关于查看版本•Exit 退出关闭任务栏中的Caché图标12、CachéTerminal 常用命令：Zn “namespace”//切换namespaceWrite “content”//写命令Set Parameter=content //赋值命令Kill target //删除命令；不建议在一个运行中的系统使用kill，而后面不跟参数13、创建CSP的两种方式：使用Caché类建立对象框架来创建动态网页通过基于HTML的标记语言把Caché脚本嵌入到HTML中去14、程序应该不仅能够处理复杂行为而且能够隐藏其复杂性，这是当今顶尖应用程序所需的两大特征。
15、对象能够对复杂数据进行简单建模，所以对象编程是编写复杂应用程序的最佳选择。
16、Caché对象数据模型和对象编程概述Caché对象模型基于ODMG（对象数据库管理组：Object Database Management Group）标准，并且支持许多高级特性，包括多重继承。
17、统一数据字典可以定义类和表，并且提供了到多维数据结构的映射，这种映射是自动产生的。
18、Caché的一个独一无二的特性是它的单一数据结构。
19、Caché数据库的核心是高效的多维数据引擎。
20、Caché更新数据时使用逻辑锁，而不是锁住整个物理页，提高了并发性。
21、Caché的数据结构支持复杂数据的简单存储，并且不需要复杂的声明或者定义。
22、为了提高执行效率和降低消息传递，Caché在客户端缓存了对象数据的副本，然后适时进行后台更新。
23、Caché引进了一种新的技术：事务型位图索引。
Caché支持传统的位图索引和事务型位图索引。
24、企业缓存协议（ECP）：具有极高性能和高扩展性能的技术。
通过该协议，可以使分布式系统中的计算机共享彼此的数据库。
25、容错机制：Caché写映像日志和其他内嵌的功能确保了大部分硬件故障的完整性，在将客户的影响最小化的同时。
快速恢复。
Caché还提供高级可用性配置选项，以进一步减小和消除对客户的影响，包括故障切换集群、Shadow服务器和分布式ECP。
26、数据库加密：1.安全管理员可以指定在硬盘上对一个或者多个Caché.DAT（数据库）文件进行加密，这些文件中的所有内容都被加密；2.开发人员可以使用系统功能对数据进行加密/解密，随后可将其存储到数据库中或进行传送。
该功能用于加密敏感数据，保证不被有权读取数据库、但没有密钥的其他用户使用。
默认情况下，Caché使用高级加密标准实现数据库加密，高级加密标准是一个支持128，192或者256位密钥的对称加密算法。
二、CachéObjectScripte1、为了和其他变量和数组的名字区分开来，系统函数名字都以“$”开头。
常用系统函数：$extract(stting,from,to) //获取字符串子串$lenght(string) //计算字符串长度$Length(字符串变量或字符串，“分隔符”) //被分隔符分割的子串的个数$Horolog //包含了时间和日期，它们由逗号分开。
第一部分是日期的数字，它是从1840 年12 月31 日开始计算日期的数字。
第二部分是秒的数字，它是从午夜开始计算的。
Global中的日期时间都是以数字的形式存储的。
格式为数字：1 2 3 4…$ZDateH 和$ZDate。
$ZD(日期数字，格式) →日期$ZDH(日期，格式) →数字$Ztime 和$ZtimeH$ZT(时间数字，格式) →时间$ZTH(时间，格式) →数字$Piece($P)格式：$Piece(变量,“分隔符”,位置)返回一个或者多个被分隔符分开的子串。
$Order($O)格式：$Order(variable[,direction])按照指定的方向返回一个变量的上一个或下一个索引$get($g)返回一个变量的值如果变量存在则返回变量本身，不存在则返回空$data($d)判断变量是否存在$Ascii格式：：$Ascii(字符串变量或字符串，位置)说明：返回一个字符的ASCII 值。
$Char格式：$Char(expression[,…])说明：以一个整数型的串里面的数字作为ASCII 码值来产生一个字符。
$Select格式：$Select(expression:value,…)说明：返回第一个为真的表达式对应的值。
>Set a=1>Write $Select(a=1:5,a>1:0) //5>Write $Select(a=2:5,a=1:0) //0>Set min=$Select$TRanslate格式：$TRanslate(string,replace[,by])说明：替换一个字符串中的字符，并返回替换后的结果。
$Reverse格式：$REverse(string)说明：逆序返回一个字符串。
$ZConVerT格式：$ZCONVERT(string,mode,trantable,handle)说明：返回一个按照指定模式表示的字符串。
mode：U、L、S、W、I、O列表函数：* $Length 带有两个参数的$Length 函数，可以计数一个列表的元素个数。
* $Piece 取出列表的某一个元素。
* Set 命令可以新增或者替换列表的某一个元素。
* $ListBuild 缩写为$LB ，用来产生列表。
* $ListLength 缩写为$LL ，返回列表的元素个数* $LIst 缩写为$LI ，取出一个或者多个列表的元素* $ListGet 缩写为$LG ，和$Get 一样，但是取消了对空值引用的报错。
* $ListData 缩写为$LD，检查一个列表的元素是不是有值。
* $ListFind 缩写为$LF ，从指定位置开始找列表中的某一个2、表达式按从左到右的计算顺序。
3、事务Tstart 开始一个事务Tcommit 提交事务Trollback 保存失败后回滚4、异常处理* $ZT="ERROR“ClassMethod testZT(){s $ZT="ERROR" //设置一个异常TSTART //开始一个事务s ^b="dddddd"s d=d_"^"_"000"w "e“TCOMMIT //没有发生异常，提交事务q 0ERROR //发生异常时执行Set $ZT=""s ErrorMsg=$ZE //$ZE 获取错误信息TROLLBACK //有异常，则回滚事务(Golbal才可以回滚,普通变量不能回滚)Quit "Error"_ErrorMsg //返回错误信息}* Try…catch5、CachéObjectScript一个最突出的特性是高度灵活、动态的数据数据存储。
数据被存储在：对象属性、变量、稀疏的多维数组，允许任何类型的数据、数据库文件（Global）,数据库文件也是稀疏的多维数组。
6、CachéObjectScript 中对象属性是有类型限制的，而另外三中存储类型（变量、数组、Global）是完全多态的,无类型实体不需要声明或者定义，只有他们在使用的时候才具有数据类型，按照他们存储时的数据要求以及在表达式里使用的要求来决定他们的数据类型。