本文主要介绍缓存的局部性原理以及性能分析

局部性原理

• 空间局部性：在最近的未来，要使用的信息（指令和数据），很可能与现在正在使用的信息在存储空间上是邻近的或者是连续的
• 时间局部性：在最近的未来，要使用的信息，很可能是现在正在使用的信息
  

上图是假设CPU从主存的存取数据的时间是1000ns，而CPU内部执行加法运算只需要5ns，那么可以得出图示的执行时间就是(取数据时间+存数据时间+加法运算时间)*次数= (1000+1000+5)*1000 = 2005us
如果引入高速缓存的来当作媒介，即 在主存和CPU中间加入了高速缓存cache，那么CPU与cache之间的存取时间也是5ns，以每次从主存中拿10个int值到cache中为例，则需要的总时间=(向主存中取数据时间+向cache取数据+加法时间+向cache存数据时间)*次数=(1000+5+5+5)*10 = 115us，由此可以看出性能提高了一个数量级
在实际的操作中与评估中，计算机不可能只进行类似的简单的运算，因此引入了下面的洗呢性能分析模型

性能分析

相关概念

• 命中率：CPU要访问的信息已经在cache中的比例。设一个程序执行期间，cache的总命中次数为N_c，访问主存的总次数是N_m，则H=N_c/N_c
  +N_m
• 缺失率：M = 1-H
• 平均访问时间：设t_c为命中cache的访问时间，t_m为未命中时的访问时间，则系统的平均访问时间=命中率访问cache时间+缺失率访问主存时间，即：T_a = Ht_c+Mt_m
  

下面是一个性能分析的例题