Cache地址映射与变换方法

主存地址位数：log₂主存容量

地址映射机制

• 相联存储器：地址本身包含着位置啊可比较的信息啊等内容信息，可根据区分地址内容进行寻址

• 主存地址 = 块地址 + 块内偏移地址 = （Tag + Index） + 块内偏移地址

• cache结构

• • 好多行
  • 每行与主存块大小相等
  • 每行 = tag + data + valid + dirty

• 三种映射方式

• • 全相联：cache行号 = random（内存块号）
  • 直接相联：cache行号 = 内存块号 % cache行数
  • 组相联：两者结合。8行1路组相联就是全相联，8行8路组相联就是直接相联

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1. 全相联映射

• 主存分块，Cache行 （Line），两者大小相同
• 映射算法：主存的数据块可映射到Cache任意行， 同时将该数据块地址对应行的标记存储体中保存

• 例如：
  • 设每块4（2²）个字，主存大小为1024（2¹⁰）个字
  • 则第61 个字的主存地址为： 00001111 01 （块号 块内地址）（前面8位，后面2位）
  • 主存分块后地址就从一维变成二维

• 特点

  • Cache利用率高
  • 块冲突率低
  • 淘汰算法复杂

• 应用场合

  • 小容量Cache

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2. 直接映射

• 主存分块，Cache行 （Line），两者大小相同

• 主存分块后还将以Cache行数为标准进行分区

• 映射算法：

  • Cache共n行，主存第 j 块号映射到Cache 的行号为：

     i = j mod n （(块地址)mod(cache中的块数)）
    
    即主存的数据块映射到Cache特定行
    

• 例如：

  • 设每块4个字，主存大小为1024个字
  • Cache分为4行，主存1个区就有4块
  • 第61个字的主存地址为： 000011 11 01 （区号，区内块号，块内地址）
  • 主存地址从一维变成三维

• 特点
  • Cache利用率低
  • 块冲突率高
  • 淘汰算法简单
• 应用场合
  • 大容量Cache

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3. 组相联映射

• 主存分块，Cache行 （Line），两者大小相同
• Cache分组（每组中包k行）
• 主存分块后还将以Cache组数为标准进行分组

• 映射算法

  • Cache共n组，主存第j块号映射到Cache 的组号为：

    i = j mod n

    即主存的数据块映射到Cache特定组的任意行

• 例子：

  • 本例假定K=4（4路组相联映射方式）

  • 设每块4个字，主存大小为1024个字

  • Cache分为4行，第61个字的主存地址为：

    0000111 1 01 （组号，组内块号，块内地址）

  • 主存地址从一维变成三维

K=1的组相联就是直接相联
K=存储器行数 的组相联就是 全相联映射

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计算题

计算机组成原理----Cache主存地址映射（计算题）

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1. 某计算机的Cache共有16块，采用2路组相联映射方式（即每组2块）。每个主存块大小为32字节，按字节编址。主存129号单元所在主存块应装入到的Cache组号是（ ）（组号从0开始编号）
   解：主存块大小：32字节，则字块内地址的位数：log₂ 32 = 5
   Cache分组数量：16/2 = 8，则组地址位数：log₂ 8 = 3
   129(10) = 1000 0001(2)，它的组号应为100(2) = 4(10)

2. 某计算机的Cache共有8块，采用直接映射，每个主存块大小为32字节（按字节编址）。主存129号单元所在主存块应装入到的Cache块号是（ ）（块号从0开始编号）
   解：主存块大小：32字节，则字块内地址的位数：log₂ 32 = 5
   Cache分组数量：8，则组地址位数：log₂ 8 = 3
   129(10) = 1000 0001(2)，它的组号应为100(2) = 4(10)

好文：Cache地址映射与计算方式