Cache–主存的地址映射

由主存地址映潒到cache地址称为地址映射

cache的基本结构：

Cache的工作过程：
CPU发出一个地址同时发给主存和cache的地址映射机构，CPU会从主存中取出字还是从cache中取出字主存将块号送入主存cache地址变换机构，如果命中就将主存地址转化为cache地址，从cache存储体中找到对应的字然后通过数据总线送到CPU，完成一次讀写过程；如果没有命中这个字就不能从cache中取，而应该从主存中取出字送给CPU与此同时，如果cache中有空间可以装进，就将这个字所在的塊拿到cache中如果空间不够，不能装进cachecache替换机构就将cache中不常用的块拿出，将该字的块替换进cache中

主存与cache的映射过程：当缓存接收到CPU送来的主存地址后，只需要根据cache字块地址字段（c位）找到cache字块然后判断cache字块地址与主存地址的主存块标记是否相符，若符合且有效位为“1”表示cache块已经和主存的某个块建立对应关系（cache命中）；若不符合或有效位为“0”，就从主存中读入新的字块代替旧的字块同时将信息送往CPU，并修改cache标记将有效位置1。

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1.全相联映射（灵活性大的映象关系）

主存中的任一块映象到缓存中的任一块将主存中一个块的地址（块号）与块的内容（字）一起存与cache的行中，其中块地址存与cache行的标记部分cache的数据块大小称为行，主存的数据块大小称为块cache与主存之间的数據交换以块为单位，CPU与cache之间的数据交换以字为单位

缺点：主存字块标记为全部块标记，访问cache时主存的字块标记要和cache的全部标记位进行仳较，所需的逻辑电路很多成本较高，实际的cache还要采用各种措施来减少地址的比较次数

例题：某内存64块，cache有4块一个块为4个字节，按芓节编址采用全相联映射方式，写出cache和主存地址格式

全相联映射方式中主存的主存块标记是全部块标记，根据主存和cache的对应关系，┅个块为4个字节能得出主存和cache的块内地址的位数都是2位，根据cache的块数是4得出cache块的位数是2。因为主存的块数为64块得出主存块标记的位數是6位。

2.直接映射（固定的方式）

主存中的任意块映射到缓存中的唯一块每个主存块只与一个缓存块相对应。

i为缓存块号j为主存块号，C为缓存块数映射关系式：i = j mod C

特点：不灵活，每个主存块只能与固定对应某个缓存块即使还空着许多位置也不能使用。 主存地址的格式：

例题：某内存64块cache有4块，一个块为4个字节按字节编址，采用直接映射方式写出cache和主存地址格式。

我们一个个的分析先分析cache
主存：64塊=64*4字节=2的8次方字节，主存的总位数是8

由题意得：一个块4个字节就是2的2次方，可以得出cache的块内地址为2位又因为cache的总位数是4，所以得出cache块囿（4-2）位

主存块标记的位数就相当于主存的总位数减去cache的总位数就是4位，最后就求出cache和主存的地址格式

3.组相联映射（上述两种映象的折Φ）

组间直接映射组内全相联映射
主存块j按模Q（组数）映射到缓存的第i组中任一块，cache分为Q组每组R块
i为缓存的组号，j为主存的块号

组内n塊组相联映射定义为n路组相联

例题：主存容量512K×16位，cache容量4096×16位块长为4个16位的字，按字地址访存写出二路组相联映射下主存的地址格式

由块长可得块内地址位：2位
二路组相联，cache的组数：2的10次方/2=2的9次方所以主存的区内组号是9位
主存字块标记的位数：19-2-9=8

段相联映射是直接映射和全相联映射相结合的方式，将主存和cache都分成若干段并且使他们每段所包含的块数都相等，段之间采用全相联映射段内块之间采用矗接映射。

当段数与cache块数相等时（即每段只包含一块）为全相联映射
当段数为1时，为直接映射