计算机主存与Cache映像方式分析~

计算机系统结构中，将主存与Cache的映像分成三种方式，直接映像，全相联映像，组相联映像。所谓映像就是将内存地址与Cache地址间的相互转换，我们知道Cache的容量相对于主存来说很小，为了能将两者有效的对应该起来，便产生了上面提到的映像方式。

详细见《计算机组成与原理》 王爱英 p243

1.直接映像

• 主存与Cache的划分：

将主存根据Cache的大小分成若干分区，Cache也分成若干个相等的块，主存的每个分区也分成与Cache相等的块。

• 主存与Cache的映像：

主存中的每一个分区由于大小相同，可以与整个Cache相像，其中的每一块正好配对。编号不一致的块是不能相互映像的。

• 特点：

优点：地址变换简单。缺点：每块相互对应，不够灵活。

• 主存与Cache的地址组成：

主存：区号+块号+块内地址

Cache：块号+块内地址

2.全相联映像

• 主存与Cache的划分：

将主存与Cache划分成若干个大小相等的块。

• 主存与Cache的映像：

主存中每一块都可以调到Cache中的每一块。

• 特点：

优点：访问灵活，冲突率低，只有Cache满时才会出现在冲突。缺点：地址变换比较复杂，速度相对慢。

• 主存与Cache的地址组成：

主存：块号+块内地址

Cache：块号+块内地址

3.组相联映像

• 主存与Cache的划分：

主存：主存根据Cache大小划分成若干个区，每个区内划分成若干个组，每个组再划分成若干个块。

Cache：划分成若干个组，每个组划分成若干个块。

• 主存与Cache的映像：

主存的每个分区与Cache采用直接映像，主存的每个组之内采用全相联映像。

• 特点：

融合了直接映像与全相联映像两种映像方式，结合了两者的优据点。具体实现容易，命中率与全相联映像接近。

• 主存与Cache的地址组成：

主存：区号+组号+块号+块内地址

Cache：组号+块号+块内地址

实例分析：

1.容量为64块的Cache采用组相联方式映像，字块大小为128字节，每4块为一组，若主容量为4096块，且以字编址，那么主存地址为（____）位，主存区号为（____）位。

解：

组相联的地址构成为：区号+组号+块号+块内地址。

主存的每个分区大小与整个Cache大小相等，故此主存需要分的区数为：4096/64=64，因为26＝64，因此需要6位来表示区号。

每4块为一组，故共有组数 64/4 = 16 ，因为24＝16，因此需要4位表示组号。

每组4块，故表示块号需要2位。

块内地址共128字节，27＝128，所以块内地需要7位表示。

所以：主存地址的位数＝6+4+2+7 ＝ 19

主存区号的位数＝6

2.某 32 位计算机的 cache 容量为 16KB，cache 块的大小为 16B，若主存与 cache 的地址映射采用直接映射方式，则主存地址为 1234E8F8（十六进制）的单元装入的 cache 地址为____。

A. 00 0100 0100 1101 (二进制)
B. 01 0010 0011 0100 (二进制)
C. 10 1000 1111 1000 (二进制)
D. 11 0100 1110 1000 (二进制)

解：Cache大小为16KB，块大小为16B，所以Cache被分成16KB/16B=1024块，因210＝1024故需要10位来表示块数。24＝16故块内地址需要4位来表示。所以Cache的地址线位置为14位。由于采用直接映像的方式，所以主存的后14位就是要装入的到Cache中的位置。故选 C.