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Cache与主存的映射方式

1. 全相联映射

在以全相联映射的Cache中，主存中的每一块可以装入Cache中任意位置
故在Cache中，需要能表示主存地址的标记位，以及确保Cache块是否有效的有效位

标记位：代表该Cache块（行）是哪一个主存块的复制

有效位：代表该Cache块是否有效、是否可以访问，以一位表示是否有效

假设计算机的主存地址空间大小为4MB，按字节编址，Cache有4个Cache块（行），块大小为2KB

全相联映射下的访存过程，假设访问主存的地址 Adr = 【000 0000 0101 100 0001 0010】

首先将【主存地址Adr的前11位】与【Cache的标记位进行匹配】

若匹配成功且有效位 = 1，即为Cache命中，则可根据后11位的块内地址访问该Cache块

若匹配失败或有效位 = 0，即为Cache未命中，则访问主存中对应的块

2. 直接映射

在以直接映射的Cache中，主存块在Cache中的位置 = 主存块号 % Cache总块数，同样包括标志位和有效位

在直接相联中的标志位的位数可以这么理解：

因为主存块在Cache中的位置 = 主存块号 % Cache总块数
故实际上就是将主存块按照Cache的大小进行分组

在上述例子中，主存以四个块为一组，每一组与Cache的块一一对应，也就是说，我们只需要知道是主存块号是第几组就行了
即主存2048个块按4块为一组分组，得到的组数 = 2048 / 4 = 512组 = 2⁹组

假设计算机的主存地址空间大小为4MB，按字节编址，Cache有4个Cache块（行），块大小为2KB
直接映射下的访存过程，假设访问主存的地址 Adr = 【000 0000 01 01 100 0001 0010】

首先根据第11~12位，得出该主存块可能是Cache的第1块中

然后将【主存地址Adr的前9位】与【第一个Cache块的标记位】进行匹配

若匹配成功且有效位 = 1，即为Cache命中，然后先根据第10~11位确定组内的第几块，最后根据后11位访问Cache块

若匹配失败或有效位 = 0，即为Cache未命中，则访问主存中对应的块

3. 组相联映射

在以组相联映射的Cache中，主存块所属的分组 = 主存块号 % Cache分组数，同样包括标志位和有效位

在组相联映射中的标记位的位数可以这么理解：

因为主存块在Cache中的位置 = 主存块号 % Cache分组数
实际上就是全相联映射和直接映射两种方式的结合，即包含了分组，同时在分组内主存块又可以任意放入Cache对应的分组内

假设我们采用二路组相联映射（2块为一组）对Cache进行分组，Cache有8块，则可以分为4组
如下图，在主存中，橙色块 = 【主存块号】%【Cache分组数(4)】 = 0（属于Cache的第0组）
同时主存的橙色块可以任意放入Cache的橙色分组中

假设计算机的主存地址空间大小为4MB，按字节编址，Cache有4个Cache块（行），块大小为2KB

直接映射下的访存过程，假设访问主存的地址 Adr = 【000 0001 01 1 100 0001 0010】

首先根据主存地址Adr的第11位计算得出，该主存块可能在Cache的第1组中

然后将【Adr的前10位】与【第1组内的Cache块标记位】进行匹配

若匹配成功且有效位 = 1，即为Cache命中，然后即可根据后11位访问Cache块

若匹配失败或有效位 = 0，即为Cache未命中，则访问主存中对应的块

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1. 全相联映射

2. 直接映射

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