Cache地址映射

原理：程序访问局部性

        在较短时间内由程序产生的地址往往集中在存储器逻辑地址空间的很小范围内

        时间：在一小段时间内，最近被访问过的程序和数据很可能再次被访问

        空间：在最近的未来要用到的信息很可能与现在正在使用的信息在程序空间上是相邻或相近的

主存和缓存按块存储

---- Cache的容量很小，它保存的内容只是主存内容的一个子集，且Cache与主存的数据交换是以块（cache line）为单位的。为了把信息放到Cache中，必须应用某种函数把主存地址定位到Cache中，这称为地址映射

 

---- 在信息按这种映射关系装入Cache后，CPU执行程序时，会将程序中的主存地址变换成Cache地址，这个变换过程叫做地址变换。

 

Cache的地址映射方式有直接映射、全相联映射和组相联映射。

全相联方式

地址映象规则：主存的任意一块可以映象到Cache中的任意一块

1. 主存与缓存分成相同大小的数据块。

2. 主存的某一数据块可以装入缓存的任意一块空间中。

cache与主存之间的数据交换是以“块”为单位进行的。一个“块”中包含若干个“字”，字长由实际情况确定。

习惯上，cache中的“块”称“行”，主存中称“块”。cache的“行”与主存的“块”存储容量相同

cache中的标记与cache的“行”一一对应的。如果某一块主存数据块拷贝到cache中的某一行，该cache行就会形成相应的标记。PPT中主存共有255个地址块，2的8次方等于255，因此需要8位来标记

 

在全相联映射方式中，将内存地址的前m位的块号与cache中所有行的标记同时在比较器中做比较。若块号命中，按b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

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直接映射

在直接映射方式中，首先用区内块号找到cache中的对应行，然后用地址中的区号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，然后用地址中的低b位（块内地址）读取所需的字。若未命中，按内存地址从主存中读取这个字

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组相联映射

 

主存分区，Cache分组，主存每个区的块数与Cache的分组数相同。如图，一个区分为4块，因此cache

分为4个组。

组件采用直接映射，主存块存放到哪个组是固定的。一个内存字块对应的cache的组号=字块号%cache组数。

组内采用全相联映射，存到该组哪一行是灵活的。

 

在组相联映射方式中，首先用cache组号找到cache的相应组，然后将区号与该组每一行的区号同时比较，哪一行的标记相符即该行命中。再以内存地址中的块内地址检索此行对应的字。