主存和cache的地址映射

cache是一种高速缓冲寄存器，是为解决CPU和主存之间速度不匹配而采用的一项重要技术。

主存与cache的地址映射方式有全相联方式、直接方式和组相联方式三种。

直接映射(directmapping):将一个主存块存储到唯一的一个Cache行。

全相联映射(fullyassociative mapping):可以将一个主存块存储到任意一个Cache行。

组相联映射(setassociative mapping):可以将一个主存块存储到唯一的一个Cache组中任意一个行。

1.直接映射

多对一的映射关系，但一个主存块只能拷贝到cache的一个特定行位置上去。

cache的行号i和主存的块号j有如下函数关系：i=j mod m　　（m为cache中的总行数）

优点：硬件简单，容易实现

缺点：命中率低， Cache的存储空间利用率低

 

直接映射的cache检索过程

在直接映射方式中，首先用r位行号找到cache中的对应行，然后用地址中的s-r位标记部分与此行的标记在比较器中做比较。若符合命中，在cache中找到了对应的块，然后用地址中最低位w读取所需的字。若未命中，按内存地址从主存中读取这个字。

2.全相联映射

主存的一个块直接拷贝到cache中的任意一行上

优点：命中率较高，Cache的存储空间利用率高

缺点：线路复杂，成本高，速度低

全相联映射方式检索过程

在全相联映射方式中，将内存地址的s位块号与cache中所有行的标记同时在比较器中做比较。若块号命中，按w位字地址从cache中读取一个字；若未命中，则按内存地址从主存中读取这个字。

3.组相联映射

将cache分成u组，每组v行，主存块存放到哪个组是固定的，至于存到该组哪一行是灵活的，即有如下函数关系：cache总行数m＝u×v       组号q＝j mod u

组间采用直接映射，组内为全相联

硬件较简单，速度较快，命中率较高

 组相联cache的检索过程

在组相联映射方式中，首先用给定s位块号的低d位找到cache的相应组，然后将块号的高s-d位与该组v(=2d)行中的所有标记同时比较，哪一行的标记相符即该行命中。再以内存地址的低w位检索此行对应的字。