註：寫的時候忘記統一內存/主存的稱呼，特別聲明文中內存=主存。閱讀本文建議畫圖輔助理解

Cache是什麽

cache高速緩沖存儲器一種特殊的存儲器子系統，其中復制了主存中頻繁使用的數據以利於快速訪問。為了便於根據CPU送來的地址信息到Cache中去讀取數據，必須有某種函數把主存地址映象成Cache地址。實現這種映象的函數叫映象函數。不同的映像函數有:

1. 直接映像法
2. 全相聯映像法

3. 組相聯映象法

   直接映像法

   原則：

• 直接映象函數為i=j mod 2c ，其中i是Cache塊號，j是主存塊號， 2c為Cache總塊數。
• 將主存分為若幹區，每區容量與Cache總容量相等。每區塊數與Cache的塊數相同，這樣，每區中第i塊映射的位置就是Cache的第i塊

• 維護一個塊表，表的長度為Cache的塊數（為了記錄Cache中每塊存的是主存的第幾區），表中每個項目長度是主存區號的長度（為了存下塊的編號）。在每次訪問主存時查這個塊表來對應訪問Cache。

  例：設主存容量為1MB，高速緩存容量為16KB，塊的大小為512字節。采用直接地址映像法。

1. 寫出主存地址格式。
2. 寫出Cache地址格式。
3. 塊表的容量是多大。

4. 畫出直接方式地址映像及變換示意圖。

   解：

   Cache塊數=16KB/512B=32塊
   則主存每區為32塊，共1MB/16KB=64區
   所以主存地址為6位區號（共64區）+5位區內塊號（共32塊）+9位塊內地址（塊容量512B，按字節編址）
   所以Cache地址

   為5位區內塊號，9內塊內地址（相當於主存的一個區）
   自然的，塊表的容量為32*6位（表示Cache32個塊中分別存了第幾區的主存塊）
   圖使用教材上的圖吧：
   

   特點：沖突多，命中率低，使用率低。但是訪問速度快。

   全相聯映像法

   原則：

• 主存中每一塊可存入Cache中的的任一位置

• 維護一個目錄表，記錄Cache每塊存的是內存的哪一塊。表的長度就為Cache塊數（原因上同），每條項目的長度為主存的主存塊號的長度（不是區內塊號），每次訪存的時候查表訪問。

  方法簡單，例題略。

  特點：目錄表容量很大，訪存慢。但Cache的使用率高。

  組相聯映像法

  原則：

• 是前兩種方法的組合，結合了各自的優點。
• 將Cache分組，內存分區。內存區內的塊數和Cache的組數相同（原因稍後介紹）。
• 主存區內的塊和Cache的組采用直接相聯映像法，即第主存每區的第i塊都映射到Cache的第i組。
• Cache每組組內采用全相聯映像法，例如Cache的第3組中有個4塊，Cache的第1塊存了來自內存第2區的第3塊，第2塊存了來自內存第6區的第3快，第3、4塊空.

• 按照上面的原則，就需要一個表來說明Cache每一組存了哪幾區的內存塊。訪存時查表到對應的區中尋找有沒有該內存塊。

  例. 一個組相聯映像Cache由64個存儲塊組成， 每組包含4個存儲塊。主存包含4096個存儲塊，每塊由128字組成。訪存地址為字地址。

  （1）寫出主存地址位數和地址格式
  （2）寫出Cache地址位數和地址格式；
  （3）畫出組相聯映像方式示意圖,
  （4）主存字地址為7B568H單元映射到Cache哪個組？

  解：

  Cache組數為64/4=16組
  主存每區內的塊數=Cache的組數，則主存的區數為4096/16=256區，每區內有16個存儲塊
  那麽主存地址的組成為8位區號（256區）+4位區內塊號（16個存儲塊）+7位塊內地址（一塊128字，按字編址）
  Cache地址為4位組號（16組）+2位組內塊號（每組4快）+7位塊內地址（一共128字，按字編址）
  教材中的圖：
  
  7B568H=（二進制）11110110 1010 1101000 //按8421碼翻譯，前面的0舍棄，然後按內存格式分組
  按照前面主存地址的分析，內存映射到Cache的哪個位置是根據其第8到12位（從0開始，從左往右數），為1010=5，所以映射到第5組。

【復習筆記】Cache的映像方法