有一个Cache存储器，主存有8块(0-7)，Cache有4块(0-3)，采用组相联映像，组内块数为2块。采用LRU（近期最久未使用）替换算法。（12分，（1）题4分，（2）题8分） (1)指出主存各块与Cache各块之间的映像关系。

根据组相联映像的原理，主存中的每一块可以映射到Cache中的一个组，每个组中有两个块。因此，主存中的8块可以被映射到4个组中，每个组包含2个块，如下所示：

主存块0 -> Cache组0（块0、块1）
主存块1 -> Cache组1（块0、块1）
主存块2 -> Cache组2（块0、块1）
主存块3 -> Cache组3（块0、块1）
主存块4 -> Cache组0（块2、块3）
主存块5 -> Cache组1（块2、块3）
主存块6 -> Cache组2（块2、块3）
主存块7 -> Cache组3（块2、块3）

相关问题

CACHE存储器分32块，4块一组，采用组相联映像方式，99号主存块可装入CACHE的（ ）中的任一块 A.0,1,2,3 B.4,5,6,7 C.8,9,10,11 D.12,13,14,15

根据题意，可以得到如下信息：

- CACHE存储器分32块，4块一组，即共有8组。
- 组相联映像方式，即每个主存块可以映射到8个块中的任意一个。
- 99号主存块可装入CACHE的哪些块。

我们可以使用以下方法来计算99号主存块可以装入CACHE的哪些块：

- 首先，计算99号主存块属于哪个组。由于共有8组，每组包含4个块，因此可以将主存块号除以4，得到组号。99/4=24余3，即99号主存块属于第24组。
- 然后，计算99号主存块可以映射到第24组的哪些块。由于采用组相联映像方式，99号主存块可以映射到第24组的任意一个块。因此，99号主存块可以装入CACHE的块号为24*4+0、24*4+1、24*4+2、24*4+3，即96、97、98、99。

因此，99号主存块可以装入CACHE的块号为A.0,1,2,3。

主存—Cache层次的存储器,以字编址(1字=4字节)。主存容量为4MB,Cache容量64KB,主存和Cache以相同大小分块(行),每块(行)大小512B。设计一个4路组相联映像(即Cache每组4个块)的Cache组织,问: 1)写出C

ache的数据结构定义；

struct CacheLine {
bool valid; // 有效位
bool dirty; // 脏位
uint32_t tag; // 标记位
uint8_t data[512]; // 数据
};

struct CacheSet {
CacheLine lines[4]; // 每组4个Cache行
};

struct Cache {
CacheSet sets[128]; // Cache共128组
};

// 每个Cache块大小为512B，即4个字
// Cache共64KB，即128个块，128组
// 每组4个块，即4路组相联映像
// 每个Cache行包括有效位、脏位、标记位和数据

2)写出访问主存地址为0x12345678的数据时，Cache的读取过程；

读取地址为0x12345678的数据时，首先计算出该地址所在的Cache块在Cache中的索引，即为set_index = (0x12345678 >> 6) & 0x7f，其中0x7f为十进制数127，表示二进制下7位全为1。然后计算出该地址所在Cache块的标记位，即为tag = 0x12345678 >> 13。接着在Cache的set_index组中查找是否有与tag相同的Cache行，若有则表示命中Cache，直接返回该Cache行中对应地址的数据；若没有则表示未命中Cache，需要从主存中读取该地址所在的块，并将其存入Cache中。由于是4路组相联映像，需要找到set_index组中一个无效的Cache行，将读取的数据存入其中，并将其标记为有效。若set_index组中没有无效的Cache行，则需要选择其中一个替换出去。由于是LRU策略，可以将最久未使用的Cache行替换出去，并将新读取的数据存入其中。最后将存储了数据的Cache行中对应地址的数据返回即可。

3)写出向主存地址为0x12345678写入数据时，Cache的写入过程。

向地址为0x12345678的数据写入数据时，先检查Cache中是否已有该地址的数据。如果有，需要将该Cache行中对应地址的数据修改为新数据，并将脏位设置为1，表示该Cache行中的数据已被修改过。如果没有，则需要先从主存中读取该地址所在的块，并将其存入Cache中。由于是4路组相联映像，需要找到set_index组中一个无效的Cache行，将读取的数据存入其中，并将其标记为有效。若set_index组中没有无效的Cache行，则需要选择其中一个替换出去。由于是LRU策略，可以将最久未使用的Cache行替换出去，并将新读取的数据存入其中。最后将存储了数据的Cache行中对应地址的数据修改为新数据，并将脏位设置为1，表示该Cache行中的数据已被修改过。最后再将修改过的Cache行中的数据写回主存即可。