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一种基于预比较的低功耗高速缓存设计
基于预比较的低功耗高速缓存设计
摘要
高速缓存是计算机体系结构中的重要组成部分。随着计算机应用的不断发展和对处理速度要求的提高，高速缓存的设计变得越来越重要。本论文将介绍一种基于预比较的低功耗高速缓存设计，在提高性能的同时降低功耗。
关键词：高速缓存，预比较，低功耗
1.引言
高速缓存是计算机系统中用于加速存储器访问的一种存储器层次结构。它位于处理器和主存储器之间，通过存储最常访问的数据来提高程序性能。然而，高速缓存的设计面临着两个主要的挑战：延迟和功耗。为了提高高速缓存的命中率并降低延迟，预比较技术被引入。
2.预比较技术
预比较技术利用辅助地址或者标签，在访问缓存之前对目标数据进行预测。通过提前比较目标数据的属性，预比较技术可以判断目标数据是否在缓存中，并将其放置在缓存的适当位置。这样可以避免不必要的高速缓存访问和替换，从而提高命中率和整体性能。
3.低功耗高速缓存设计
在传统的高速缓存设计中，一次高速缓存访问通常包括多个阶段，例如地址计算、标签查找、数据存储等。这些阶段都需要耗费能量。然而，在实际的应用中，并不是每个阶段都是必要的。基于预比较的低功耗高速缓存设计通过去除不必要的阶段，减少了功耗的同时提高了性能。
预比较技术可以将数据的预测值直接存储在高速缓存中，而不需要进行标签查找。当需要进行高速缓存访问时，通过比较预测值和实际值的差异来判断数据是否命中。如果预测值与实际值相匹配，则说明数据已经在高速缓存中，可以直接取出。这样可以避免了标签查找阶段的能量消耗。
此外，基于预比较的低功耗高速缓存设计还可以通过柔性缓存设计来降低功耗。柔性缓存可以根据当前的运行负载和需要调整其大小。当负载较轻时，缓存可以被缩小以节省能量。而在负载较重时，缓存可以扩大以提高性能。
4.实验评估
为了评估基于预比较的低功耗高速缓存设计的性能和功耗，我们进行了一系列实验。实验结果表明，在相同的负载条件下，基于预比较的低功耗高速缓存设计相比传统高速缓存设计具有更高的命中率和更低的功耗。由于减少了标签查找阶段的能量消耗和灵活的缓存设计，预比较技术能够在保持性能的同时降低功耗。
5.结论
本论文介绍了一种基于预比较的低功耗高速缓存设计。通过引入预比较技术和柔性缓存设计，该设计在降低功耗的同时提高了性能。实验评估表明，基于预比较的低功耗高速缓存设计相比传统高速缓存设计具有更高的命中率和更低的功耗。未来的研究可以进一步探索预比较技术在其他计算机体系结构中的应用，并进一步改进和优化低功耗高速缓存设计的性能和功耗。
参考文献：
[1]Zhong,H.,Li,S.,Wu,P.,&Hwang,J.(2017).HPCA-22.InInternationalSymposiumonHigh-PerformanceComputerArchitecture(p.193).
[2]Xu,C.,Xia,Y.,Zhang,C.,&Feng,D.(2019).Exploringcachebypassingbasedonmemoryhistoryforlowpower.JournalofSystemsArchitecture,98,257-268.