1. 存储器简介
2. 局部性
3. 高速缓存
4. 编写适合高速缓存的代码
5. 总结

存储器简介

练习 6.2 计算一个磁盘的容量

练习 6.3 计算扇区的访问时间

练习 6.4 计算1MB文件的访问时间

练习 6.5 估算SSD的寿命

局部性

1. 重复引用相同变量的程序具有良好的时间局部性
2. 步长为k的程序, 步长越小, 空间局部性越好. 在内存中大步长跳来跳去的程序空间局部性很差
3. 对于取指令来说, 循环体越小, 循环次数越多, 局部性越好

练习 6.7 改变循环顺序, 以步长1遍历三维数组

int sumarary3d(int a[N][N][N]) {
    int i, j, k, sum = 0;
    for (i = 0; i < N; i++) {
        for (j = 0; j < N; j++) {
            for (k = 0; k < N; k++) {
                sum += a[i][j][k];
            }
        }
    }
    return sum;
}

练习 6.8 检查函数的空间局部性

1. 看第一个函数, 其实际上的操作顺序, 是从数组开始然后按照顺序开始一个一个的写成0, 因此空间局部性比较好.
2. 第二个函数, 是按照每隔3个元素操作一个结构, 再跳到下一个结构开始间隔三个来操作.
3. 第三个函数的跨度就更大了, 是先间隔整个struct长度, 修改三个循环.

练习6.9 高速缓存的参数计算

练习 6.10 填充之后的命中率

练习6.11 高速缓存问题

练习6.12 组相联高速缓存

练习6.13 实际访问的地址与高速缓存的关系

1. 块偏移CO = 0
2. 组索引CI = 5
3. 标记CT = 71
4. 通过检查表, 可以发现缓存成功命中, 返回的字节是0B.

练习6.14 实际访问的地址与高速缓存的关系

练习6.15 实际访问的地址与高速缓存的关系

练习6.16 列出组3中会命中的地址

编写高速缓存友好的代码

1. 让核心代码反复运行
2. 尽量减小每个循环内部的缓存不命中数量

练习 6.17 按照行还是列模式操作二维数组的差别

很显然, 高速缓存L1有S=2, 有两个块, 分别对应8 字节的间隔块
1. 对于src[0][0]来说, 由于一开始都不在缓存中, 所以不会命中, 但是会将src[0][0]和src[0][1]的内容都读入到高速缓存的索引0处
2. 然后会读取dst[0][0], 由于也不再缓存中, 所以会载入, 但是dst[0][0]对应的块也是索引0, 因此会将src[0][0]和src[0][1]驱逐出块
3. 再读src[0][1], 依然未命中, 存入索引0中
4. 再读dst[1][0], 这个时候dst[1][0]对应的是索引1的块, 所以未命中, 但是存入索引1处.
5. 再读src[1][0], 不存在高速缓存中, 会载入, 然而会驱逐出缓存索引1中存储的dst[1][0]和dst[1][1]
6. 再读dst[0][1], 对应的是块0, 依然未命中, 会把索引0驱逐
7. 在读src[1][1], 结果会命中一次
8. 再度dst[1][1], 又会驱逐, 不会命中.

练习 6.18 根据代码判断高速缓存

练习 6.19 根据代码判断高速缓存2

练习 6.20 根据代码判断高速缓存2

总结