Cache写入方式原理简介

提高高速缓存命中率的最好方法是尽量使Cache存放CPU最近一直在使用的指令与数据，当Cache装满后，可将相对长期不用的数据删除，提高Cache的使用效率。

为保持Cache中数据与主存储器中数据的一致性，避免CPU在读写过程中将Cache中的新数据遗失，造成错误地读数据，确保Cache中更新过程的数据不会因覆盖而消失，必须将Cache中的数据更新及时准确地反映到主存储器中，这是一个Cache写入过程，Cache写入的方式通常采用直写式、缓冲直写式与回写式三种，下面比较介绍这三种Cache写入方式。

1- 直写式（Write Through）系统

CPU对Cache写入时，将数据同时写入到主存储器中，这样可保证Cache中的内容与主存储器的内容完全一致。这种方式比较直观，而且简单、可靠，但由于每次对Cache更新时都要对主存储器进行写操作，而这必须通过系统总线来完成，因此总线工作频繁，系统运行速度就会受到影响。

2-缓冲直写式（Post Wirte）系统

为解决直写式系统对总线速度的影响问题，在主存储器的数据写入时增加缓冲器区。当要写入主存储器的数据被缓冲器锁存后，CPU便可执行下一个周期的操作，不必等待数据写入主存储器。这相对于给主存储器增加了一个单向单次高速缓存。

比如，在写入周期之后可以紧接着一个数据已存在于Cache中的读取周期，这样就可避免直写式系统造成的操作延时，但这个缓冲器只能存储一次写入的数据，当连续两次写操作发生时，CPU仍需等待。

3-回写式（Write Back）系统

前面两种写入方式系统，都是在写Cache的同时对主存储器进行写操作。实际上这不仅是对总线带宽的占用，浪费了宝贵的执行时间，而且在有些情况下是不必要的，可以通过增加额外的标准来判断是否有必要更新数据。回写式系统就是通过在Cache中的每一数据块的标志字段中加入一更新位，解决主存储器不必要的写操作。

比如，若Cache中的数据曾被CPU更新过但还未更新主存储器，则该更新位被置1。每次CPU将一块新内容写入Cache时，首先检查Cache中该数据块的更新位，若更新位为0，则将数据直接写入Cache；反之，若更新位为1，则先将Cache中的该项内容写入到主存储器中相应的位置，再将新数据写回Cache中。

与直写式系统相比，回写式系统可省下一些不必要的立即回写操作，而在许多情况下这是很频繁出现的。即使一个Cache被更新，若未被新的数据所取代，则没有必要立刻进行主存储器的写操作。也就是说，实际写入主存储器的次数，可能少于CPU实际所执行写入周期的次数，但回写式系统的结构较复杂，Cache也必须用额外的容量来存储标志。由于回写系统的高效率，现代的Cache大多采取这种方式进行操作。