cache

cache 是一小塊和cpu時脈一樣的記憶體，作為 cpu 與 主記憶體間的 buffer。
當 cpu 要讀取 memory 時， cache 先把 memory 的資料讀進 cache 中，然後再讓 cpu 讀取。

cpu 每次讀取的單位是 int (32bit)，但是 cache 為求效能，會一次讀入比 int 還多的資料。
cache 每次讀入的資料大小叫 line size，每次讀入的資料放入 一個 line。

cache 就是利用這樣預先讀取的能力，讓cpu 下次需要讀取記憶體時，可以直接由 cache 拿，不需要再向 主記憶體 讀取。

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由於 cache 只有小小一塊，所以必須要有一個機制知道 cpu 需要存取記憶體時，那個 address的內容是不是已經在cache 里，如果在，是在 cache 的那一條 line ...

最直覺的方法就是去找每一個 cache line 的 address，看看那一個 line 所以 cache 的 記憶體位址是不是 cpu 現在要的。

這樣個 cache 叫 associative cache.

但是這樣作很耗空間(電路)，因為每一個 line 都要作一個 address比較電路。
所以就有比較便宜的作法.. 把 把 address 分成兩部份：

tag, index

以 32 bit 的 address line 為例，可以分成：

• tag : 31~20
• index : 19~0
  

這樣要找cache 時就可以反過來用，用 address的 0~19作 index，找到那個 cache index line 的 tag，然後跟 31~20比較就可以。


後來又有折衷的辦法，就是...每個 index 可以有兩個 tag欄位和lines，這樣，每20 條位址線，就可以共用兩條 cache line。 -- 這就叫 2 way cache.
=>這樣就是：拿 index 找到對應的 2 個 tag ，比較和 address bit 31-20 一步一樣。

一此類推，可以有 4 way cache。

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這一篇 (http://www.mirabilisdesign.com/Pages/Demonstrations/systemarchitecture/Cache_System/Functional_Cache_Model_Overview.html)雖然是 sim software 的說明，但是可以看到 ARM11 cache 的 impelement 圖例

cache line size 是 16 words (address 0~3), index size 是 4096 (address 4~15), tag filed 是 address 16~31，

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所以 cache index size x byte size x way = cache size