[发明专利]一种基于MLC STT-RAM的能耗特性的缓存替换方法及设备

权利要求书

1.一种基于MLC STT-RAM的能耗特性的缓存替换方法，其特征在于，所述MLC STT-RAM作为系统主存，所述方法包括：

在末级缓存中发生缓存替换时，根据预设的N种缓存替换算法分别计算所述末级缓存中各缓存块的N个指标，分别记为对应缓存块的第一个指标、第二个指标……第N个指标，并分别预估各缓存块中的数据下刷回所述主存产生的回写能耗，作为对应缓存块的第N+1个指标；

对各缓存块的N+1个指标进行综合评判，以选取被淘汰的缓存块，作为目标缓存块，包括：

(S1)利用缓存块的N+1个指标构建指标集U＝{u₁,u₂,……u_N+1}，u_i表示第i个指标，i∈{1,2,……N+1}；

(S2)构建评判集V＝{v₁,v₂,……v_M}，v_j表示第j个评判等级，评判等级越高，评判对象被淘汰的概率越大，j∈{1,2,……M}，M为正整数；将每一个指标的最大值与最小值之间的范围划分为M个区间，所述M个区间与M个评判等级一一对应；

(S3)以缓存块为评判对象，进行单因素模糊评判，得到评判矩阵R；所述评判矩阵R中，第i行第j列元素表示评判对象的第i个指标被评判为第j个评判等级的比例；

(S4)根据预设的指标权重W＝{w₁,w₂,……w_N+1}，建立模糊评判模型，进行综合评判；所述模糊评判模型为：w_i表示第i个指标的权重，用于反映第i个指标的重要程度，所有权重之和为1且w_N+1大于其他权重；表示模糊运算算子；B表示综合评价向量，用于描述评判对象的综合性能；

(S5)将所述综合评价向量B归一化，得到评判对象被评判为各个等级的比例；

(S6)将各评判对象中，最高评判等级的比例最大的评判对象所对应的缓存块，选取为被淘汰的缓存块；

其中，N为大于等于1的整数；所述N种缓存替换算法中，各缓存替换算法均根据单一的指标选取被淘汰的缓存块，且不同缓存替换算法的指标不同。

2.如权利要求1所述的基于MLC STT-RAM的能耗特性的缓存替换方法，其特征在于，预估各缓存块中的数据下刷回所述主存产生的回写能耗时，假设所述主存中当前的数据均为0。

3.如权利要求2所述的基于MLC STT-RAM的能耗特性的缓存替换方法，其特征在于，预估缓存块回写能耗的公式如下：

E_predict＝num₀₀*0+num₀₁*1.9+num₁₀*5.1+num₁₁*3.2；

其中，E_predict表示预估的回写能耗，num₀₀、num₀₁、num₁₀和num₁₁分别表示缓存块中存储00、01、10和11的存储单元数量。

4.如权利要求1所述的基于MLC STT-RAM的能耗特性的缓存替换方法，其特征在于，所述N种缓存替换算法为最近最久未使用算法和/或最近最少使用算法。

5.如权利要求1-4任一项所述的基于MLC STT-RAM的能耗特性的缓存替换方法，其特征在于，还包括：若所述目标缓存块为脏数据块，则将所述目标缓存块下刷至所述主存。

6.如权利要求1-4任一项所述的基于MLC STT-RAM的能耗特性的缓存替换方法，其特征在于，还包括：当所述末级缓存之上的缓存发生替换时，利用所述N种缓存替换算法中的一种缓存替换算法选取被淘汰的缓存块。

7.一种基于MLC STT-RAM的能耗特性的缓存替换设备，其特征在于，所述MLC STT-RAM作为系统主存，所述设备包括：N个指标计算模块、1个能耗预估模块以及一个评判模块；

所述N个指标计算模块，分别用于在末级缓存中发生缓存替换时，根据预设的N种缓存替换算法分别计算所述末级缓存中各缓存块的N个指标，分别记为对应缓存块的第一个指标、第二个指标……第N个指标；

所述能耗预估模块，用于在末级缓存中发生缓存替换时，分别预估各缓存块中的数据下刷回所述主存产生的回写能耗，作为对应缓存块的第N+1个指标；

所述评判模块，用于对各缓存块的N+1个指标进行综合评判，以选取被淘汰的缓存块，作为目标缓存块，包括：

(S1)利用缓存块的N+1个指标构建指标集U＝{u₁,u₂,……u_N+1}，u_i表示第i个指标，i∈{1,2,……N+1}；

(S2)构建评判集V＝{v₁,v₂,……v_M}，v_j表示第j个评判等级，评判等级越高，评判对象被淘汰的概率越大，j∈{1,2,……M}，M为正整数；将每一个指标的最大值与最小值之间的范围划分为M个区间，所述M个区间与M个评判等级一一对应；

(S3)以缓存块为评判对象，进行单因素模糊评判，得到评判矩阵R；所述评判矩阵R中，第i行第j列元素表示评判对象的第i个指标被评判为第j个评判等级的比例；

(S4)根据预设的指标权重W＝{w₁,w₂,……w_N+1}，建立模糊评判模型，进行综合评判；所述模糊评判模型为：w_i表示第i个指标的权重，用于反映第i个指标的重要程度，所有权重之和为1且w_N+1大于其他权重；表示模糊运算算子；B表示综合评价向量，用于描述评判对象的综合性能；

(S5)将所述综合评价向量B归一化，得到评判对象被评判为各个等级的比例；

(S6)将各评判对象中，最高评判等级的比例最大的评判对象所对应的缓存块，选取为被淘汰的缓存块；

其中，N为大于等于1的整数；所述N种缓存替换算法中，各缓存替换算法均根据单一的指标选取被淘汰的缓存块，且不同缓存替换算法的指标不同。