在計算機架構中,快取記憶體的失誤通常分為三種主要類型,這些失誤影響了快取的性能:
強制失誤(Compulsory Misses):
又稱為首次失誤,這種失誤發生在資料第一次被載入快取時。因為快取是空的或者資料之前從未被訪問過,所以無法在快取中找到該資料,這是無法避免的失誤。
舉例來說,當程式剛開始運行,試圖訪問資料時,必然會遭遇強制失誤,因為快取還沒有被填充過。
容量失誤(Capacity Misses):
當快取的容量不足以存放所有需要頻繁訪問的資料時,就會發生容量失誤。這是由於快取的大小有限,不能保留程式運行中所有的活躍資料(Working Set)。
即使有良好的快取替換策略,當資料集的大小超過了快取的容量,就會發生容量失誤。
衝突失誤(Conflict Misses):
這類失誤發生於快取結構(如直接映射快取或組相聯快取)使得多個資料塊爭奪同一個快取位置時。即使快取有未使用的空間,資料仍可能因為映射到同一個索引或標籤上而被替換出去。
在組相聯或全相聯快取設計中,通過增加組的數量或者採用更複雜的替換策略,可以減少衝突失誤。
了解和減少這三種類型的快取失誤對於提升計算機系統的性能至關重要。設計者可以通過多種方式來優化快取的設計,比如增加快取的大小以減少容量失誤,改進替換策略以減少衝突失誤,或者通過預取技術來減少強制失誤。不過,這些方法可能會增加成本或功耗,因此設計者需要在性能和資源消耗之間找到一個平衡點。