cache和主存之間的映像

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1、3.7.3Cache和主存之間的映像方式　　為了把信息放到Cache中，必須應用某種函數(shù)把主存地址映像到Cache中定位，稱為地址映像（映射）。而將主存地址變換成Cache地址，稱做地址變換，它們之間是密切相關(guān)的。常用的地址映像方式有三種，分別是全相聯(lián)映像、直接映像和組相聯(lián)映像?！　?．全相聯(lián)映像　　全相聯(lián)映像是指將內(nèi)存和Cache按照固定的相同的大小進行分塊。內(nèi)存的塊和Cache的塊可以任意對應，即內(nèi)存的任何一塊都可以映像到Cache的任何一塊。在Cache的存儲空間被占滿的情況下，也允許確實已被占滿的Cac

2、he存儲器中替換出任何一個舊塊，具體如圖3-14所示?！　?．直接映像　　直接映像先將Cache分成若干塊，每個塊的大小相同，并對每個塊進行編號。同時根據(jù)Cache容量大小將內(nèi)存分成若干區(qū)（頁），每個區(qū)的容量都跟Cache的容量相同，然后對內(nèi)存進行分塊，每塊的大小跟Cache塊的大小相同，同樣對區(qū)內(nèi)的塊進行編號。映像時，內(nèi)存的某個區(qū)的塊只能保存在與其塊號相同的Cache塊中。如圖3-15所示，內(nèi)存各區(qū)中的第0塊只能映像到Cache的第0塊，而不能映像到其他塊。3．組相聯(lián)映像　　組相聯(lián)映像實際上是直接映像和全相聯(lián)

3、映像的折中方案。組相聯(lián)映像方式先將Cache分成大小相同的若干區(qū)（組），對每個區(qū)按照直接映像的方式進行分塊，并且編號，因此，Cache中有多個編號相同的塊。對內(nèi)存按照Cache區(qū)的大小進行分頁，再對每頁按照Cache塊的大小進行分塊，每個內(nèi)存塊可以對應不同Cache區(qū)中的相同塊號的塊。如圖3-16中內(nèi)存第0頁的第0塊，可以對應Cache的第0區(qū)的第0塊，也可以對應第j區(qū)的第0塊?！　≡谌N方式中，全相聯(lián)映像方式比較靈活，Cache的塊沖突概率最低、空間利用率最高，但是地址變換速度慢，而且成本高，實現(xiàn)起來比較困難

4、；直接映像方式是最簡單的地址映像方式，成本低，易實現(xiàn)，地址變換速度快，而且不涉及其他兩種映像方式中的替換算法問題。但這種方式不夠靈活，Cache的塊沖突概率最高、空間利用率最低；組相聯(lián)映像實際上是全相聯(lián)映像和直接映像的折中方案，其優(yōu)點和缺點介于全相聯(lián)和直接映像方式的優(yōu)缺點之間。知識點：Cache與主存地址映像?Cache和主存都被分成若干個大小相等的塊，每塊由若干個字節(jié)組成，主存和Cache的數(shù)據(jù)交換是以塊為單位，需要考慮二者地址的邏輯關(guān)系。?地址映像：把主存地址空間映像到Cache地址空間，即按某種規(guī)則把主存

5、的塊復制到Cache中。?一、全相連映像?主存中任何一個塊均可以映像裝入到Cache中的任何一個塊的位置上。主存地址分為塊號和塊內(nèi)地址兩部分，Cache地址也分為塊號和塊內(nèi)地址。Cache的塊內(nèi)地址部分直接取自主存地址的塊內(nèi)地址段。主存塊號和Cache塊號不相同，Cache塊號根據(jù)主存塊號從塊表中查找。Cache保存的各數(shù)據(jù)塊互不相關(guān)，Cache必須對每個塊和塊自身的地址加以存儲。當請求數(shù)據(jù)時，Cache控制器要把請求地址同所有的地址加以比較，進行確認。?特點：靈活，塊沖突率低，只有在Cache中的塊全部裝滿后

6、才會出現(xiàn)沖突，Cache利用率高。但地址變換機構(gòu)復雜，地址變換速度慢，成本高。?公式：?????主存地址位數(shù)＝塊號+塊內(nèi)地址；?????Cache地址位數(shù)＝塊號+塊內(nèi)地址。?二、直接映像?把主存分成若干區(qū)，每區(qū)與Cache大小相同。區(qū)內(nèi)分塊，主存每個區(qū)中塊的大小和Cache中塊的大小相等，主存中每個區(qū)包含的塊的個數(shù)與Cache中塊的個數(shù)相等。任意一個主存塊只能映像到Cache中唯一指定的塊中，即相同塊號的位置。主存地址分為三部分：區(qū)號、塊號和塊內(nèi)地址，Cache地址分為：塊號和塊內(nèi)地址。直接映像方式下，數(shù)據(jù)塊只

7、能映像到Cache中唯一指定的位置，故不存在替換算法的問題。它不同于全相連Cache，地址僅需比較一次。?特點：地址變換簡單、速度快，可直接由主存地址提取出Cache地址。但不靈活，塊沖突率較高，Cache空間得不到充分利用。?公式：????主存地址位數(shù)＝區(qū)號+區(qū)內(nèi)分塊號+塊內(nèi)地址；????Cache地址位數(shù)＝塊號+塊內(nèi)地址。?三、組相連映像?組相連映像是前兩種方式的折衷。主存按Cache容量分區(qū)，每個區(qū)分為若干組，每組包含若干塊。Cache也進行同樣的分組和分塊。主存中一個組內(nèi)的塊數(shù)與Cache中一個組內(nèi)的塊

8、數(shù)相等。組間采用直接方式，組內(nèi)采用全相連方式。組的容量＝1時，即直接映像，組的容量＝整個Cache的容量時，即全相連映像。Cache的存在對于程序員透明，Cache的地址變換和數(shù)據(jù)塊的替換算法都采用硬件實現(xiàn)。?公式：?主存地址位數(shù)＝區(qū)號+組號+主存塊號+塊內(nèi)地址；Cache地址位數(shù)＝組號+組內(nèi)塊號+塊內(nèi)地址。??四、主存地址和Cache地址的相關(guān)計算?＆主存地址的位數(shù)A由主存容量N決定