1cycle=0.3纳秒

L1 Data cache=1纳秒

L2 Data cache=4纳秒

RAM= 80+纳秒

读写硬盘15+毫秒

互联网访问 80毫秒

分层机制

CPU读取内存是一个分层的过程，先VA查MMU转换成PA(先查询TLB cache缓存VA到PA映射)，再在L1 Cache（一个core上）寻找，不命中继续到L2 Cache（一个物理核），否则在L3 Cache寻找，最后到总线查询DDRC去查询DDR，同时逐层刷新Cache。Cache是空间换时间的策略，多级Cache速度变慢和容量变大。

不同节点下内存访问开销也不同。

4K个VA映射到一个PA，映射的页表也是保存到内存中，访问一次一次内存需要2次DDR操作，所以需要TLB cache。

每个进程需要一套页表，页表需要携带进程ID和虚拟化ID，所以进程切换需要切换页表。

Cache一般有2种更新策略：

Write-through（直写模式）在数据更新时，同时写入缓存Cache和后端存储。此模式的优点是操作简单；缺点是因为数据修改需要同时写入存储，数据写入速度较慢。
Write-back（回写模式，效率最高）在数据更新时只写入缓存Cache。只在数据被替换出缓存时，被修改的缓存数据才会被写到后端存储。此模式的优点是数据写入速度快，因为不需要写存储；缺点是一旦更新后的数据未被写入存储时出现系统掉电的情况，数据将无法找回。

Cache一致性Coherence：一个多处理器系统中，多个处理器核心都能够独立地执行计算机指令，从而有可能同时对某个内存块进行读写操作，并且由于我们之前提到的回写和直写的Cache策略，导致一个内存块同时可能有多个备份，有的已经写回到内存中，有的在不同的处理器核心的一级、二级Cache中。由于Cache缓存的原因，我们不知道数据写入的时序性，因而也不知道哪个备份是最新的。

为了正确性，一旦一个核心更新了内存中的内容，硬件就必须要保证其他的核心能够读到更新后的数据。目前大多数硬件采用的策略或协议是MESI或基于MESI的变种：
M代表更改（modified），表示缓存中的数据已经更改，在未来的某个时刻将会写入内存；
E代表排除（exclusive），表示缓存的数据只被当前的核心所缓存；
S代表共享（shared），表示缓存的数据还被其他核心缓存；
I代表无效（invalid），表示缓存中的数据已经失效，即其他核心更改了数据。

1：直接映射：每个内存映射到一个cache行，硬件实现简单，但是效率不高。

直接映射

2：全相连：每个内存任意映射到一个cache行。硬件线路复杂。

全相连

2：组（set）相联映射：可以将一个主存块存储到唯一的一个Cache组中任意一个行。
将cache分成u组，每组v行，主存块存放到哪个组是固定的，至于存到该组哪一行是灵活的，即有如下函数关系：cache总行数m＝u×v 组号q＝j mod u

组间采用直接映射，组内为全相联
硬件较简单，速度较快，命中率较高

1：cache通过index行和offset列定位具体单元（每个是一个cache line），tag是对应主存地址。

2： set和way

直接映射的cache一个set包含一个line frame

N-way组相连映射的cache分为N组set，每个组有N个Cache Line。N就是way个数

Full-associative cache仅有一个set，这个唯一的set包含所有的line frames。

具体例如下：

L1 cache – 32KB，8 way组相联，64字节缓存线

Set index指示行，每行有8个cache line（8way），每个cache lin是64字节

L1 Cache示意图

CPU主要通过3种方式与外界交互：内存地址空间，I/O地址空间，还有中断。