（计算机组成原理）Cache和主存之间的映射方式

2023-05-16

地址映射变换机构是将CPU送来的主存地址转换为Cache地址。由于贮存和Cache的块大小相同，块内地址都是相对于快的起始地址的偏移量（即低位地址相同），因此地址变换主要是主存块号与Cache块号之间的转换。

1.直接映射

上图中Cache为8行，主存为256行。Cache被分为8块，因此在主存中每8块可以看成一个轮回，主存可以分为32个轮回。

优点：实现简单。只需要利用主存地址的某些位直接判断，就可以确定所需字块是否在Cache中。

缺点：1）不够灵活，由于每个主存块只能固定地对应某个Cache块，即使Cache内还空着许多位置也不能占用，所以存储空间得不到充分利用。

2）冲突概率高（抖动）；例如3号Cache要频繁的切换对应11，19，27号主存。

识别：

α. CPU访存指令指出一个内存地址，该内存地址包含tag，块号，字等字段。

β. 根据内存中的块号c找到Cache中对应的块号i（Cache中的块号=主存中的块号 mod Cache中的块数）

*若相符合且有效位为‘1’，表示命中，然后用内存地址的低b位在Cache中读取所需的字即可。

*若不符则需要从主存中读取所需要的块来替换Cache中旧的块，同时将信息送往CPU，并且修改标记位

2.全相联映射

全相联映射允许主存中每一个字块映射到Cache中的任何一块的位置上，如下图

优点：1）由于全相联映射允许主存的每一字快映射到Cache中的任何一个字快，因此Cache的命中率可以提高

2）通俗地说，全相联映射就是“有位置可以坐”，见笑了块的冲突率，进而提高了Cache的利用率。

缺点：1）tag的位数增加了，访问Cache时主存字块标记需要和Cache的全部“标记”进行比较。

识别：

α. CPU访存指令指出一个内存地址，该内存地址包含块号，字等字段。

β. Cache所有行的标记位和内存地址的块号一同送入比较器中比较（由于主存中有 $256=2^{8}$ 块，则需要8位来作为标记位）

3.组相联映射

组相联映射是对直接映射和全相联映射进行折中的一种方式。

*注意事项：

1）当组相联只有一组时，此时组相联映射就等同于全相联映射：每组只有一块时就等同于直接映射。

2）在组相联映射中，主存地址高位到低位划分成三部分：标记tag||组号||块内字地址

3）块内字地址 $=log_{2}$ （块大小）组号 $=log_{2}$ （Cache组数）标记tag=主存地址的其余位

识别：

α. CPU访存指令指出一个内存地址，该内存地址包含tag，组号，字等字段

β. 通过组号找到Cache中对应的组，然后将Cache中组的每一块tag和内存地址的tag比较是否符合

牛刀小试

1.容量为64块的Cache采用组相联映射方式，字块大小为128个字，每4块为一组如果主存为4K块，按字编制，那么主存地址位和主存标记位为多少？

主存地址位=字块大小×块数=128×4K= $2^{19}$ 位

主存地址位（ $2^{19}$ ）=主存标记位×Cache组位（64/4）×字块位数（128）

主存标记位=8位

2.Cache用组相联映射，一块大小为128B，Cache共64块，4块分一组，主存有4096块，主存地址共需多少位？

主存地址位=字块大小×块数=128*4096= $2^{19}$ 位

本文内容由网友自发贡献，版权归原作者所有，本站不承担相应法律责任。如您发现有涉嫌抄袭侵权的内容，请联系:hwhale#tublm.com(使用前将#替换为@)

Cache