计算机组成原理之Cache-主存地址映射

一、直接映射

每个主存块只与一个缓存块相对应，映射关系式为： i = j mod C 或 i = j mod 2 ^C
其中，i为缓存块号，j为主存块号，C为缓冲块数。

映射过程：
主存地址高m位被分成了两部分：低c位指代Cache的字块地址，高t位指代主存字块标记。当缓存接到CPU送来的主存地址后，只需根据中间c位字段找到对应的Cache块，然后根据Cache块中的“标记”是否与主存地址的高t位相符来判断，若符合且有效位为1，表明Cache块已和主存的某块建立了对应关系，可根据b位地址从Cache中获取信息；若不符合或有效位为0，则从主存读入新的字块来代替旧的字块，同时修改Cache标记。

优点： 实现简单，只需要利用主存地址的某些位直接判断，即可确定所需字块是否在缓存中。

缺点： 每个主存块只能固定地对应某个缓存块，即使缓存内还空着的许多位置也不能占用，使缓存的存储空间得不到充分的利用。此外，如果程序恰好要重复访问对应同一缓存位置的不同主存块，就要不停地替换（抖动导致的连续冲突不命中），大大降低了命中率。

二、全相联映射

全相联映射允许主存中的任一字块映射到Cache中的任何一块的位置上

优点： 十分灵活、命中率高，减少了块冲突率

缺点： 所需逻辑电路多且复杂，成本高

三、组相联映射

组相联映射是对直接映射和全相联映射的一种折中。它将Cache分成Q组，每组有R块，并有以下关系：i = j mod Q，i为缓存的组号，j为主存的块号。某一主存块按模Q将其映射到缓存的第i组内。假设现在c = 5，q = 4，r = c - q = 1，它表示的意思是：缓存共有2 ⁵ = 32个块，一共分成了2 ⁴ = 16个组，每个组包含2 ¹ = 2个块，主存中的某一字块可以按模16映射到Cache某组中的任一字块。

一方面，主存的第j块会映射到Cache的第i组内，两者之间存在一一对应的映射关系，这是一种直接映射；另一方面，主存的第j块可以映射到缓存中第i组内的任一块，这又是一种全相联的映射关系。