cache的三种映射方式详解

cache的三种映射方式分别为直接映射、全相联映射和组相联映射。

1. 直接映射：直接映射是指主存地址块与缓存地址块的一对一映射关系。在直接映射中，主存被分为若干块，每块大小与缓存块大小相同。每个主存地址块有一个唯一的缓存块映射到它上面。当需要读取一个特定的数据时，根据该数据地址得到它对应的主存地址块，并将其缓存到对应的缓存块。直接映射易于实现，但容易造成访问冲突和高度局部性。

2. 全相联映射：全相联映射是指主存地址块与缓存地址块之间的映射关系可以是多对多。在全相联映射中，主存可以映射到任意一个缓存块中，并且缓存中的每个地址块都可以存储来自主存的数据。通过比较主存地址块与缓存地址块的标签（tag）来判断是否命中。全相联映射具有更好的灵活性，但相应地需要更大的标签大小和更复杂的比较电路。

3. 组相联映射：组相联映射是直接映射和全相联映射的一种折中方案。主存被分成多个组，每个组中有若干个缓存地址块。缓存地址块与主存地址块之间的映射是一对多的关系，即一个主存地址块可以映射到一个组中的多个缓存地址块。通过比较标签和索引（index）来确定命中的组，然后再在该组内比较标签来判断是否命中。组相联映射既减轻了直接映射的冲突问题，又避免了全相联映射的复杂度。

总结起来，直接映射简单但容易产生冲突，全相联映射灵活但复杂，而组相联映射是直接映射和全相联映射的折中，可以兼顾性能和复杂度的平衡。选择合适的映射方式可以提高缓存系统的性能。

相关问题

cache相连映射习题详解

首先，我们需要理解“相联映射”的概念。相联映射是一种缓存映射技术，其中每个主存块映射到多个缓存行中的一行。具体来说，在相联映射中，缓存被组织成多个集合，每个集合包含多个缓存行。每个主存块被映射到一个特定的集合中，而该集合中的所有缓存行都可能包含该主存块的不同部分。

相联映射通常被用于高速缓存，因为它可以提供更好的缓存命中率。相联映射也可以减少缓存行之间的竞争，从而提高系统的性能。

现在，我们来看一个相联映射的习题例子。

假设有一个4KB大小的缓存，它被组织成4个集合，每个集合包含2个缓存行，每个缓存行大小为32字节。主存块的大小为64字节。现在考虑以下主存地址和它们映射到的缓存地址：

1. 0x2000 -> 0x00
2. 0x2008 -> 0x10
3. 0x2200 -> 0x08
4. 0x2210 -> 0x18
5. 0x2110 -> 0x18

请问，这些主存地址中有哪些会发生缓存命中，哪些会发生缓存不命中？

首先，我们需要计算每个主存地址映射到哪个集合和哪个缓存行。对于这个例子，我们可以使用以下公式：

集合索引 = (主存块地址 mod (集合数 × 缓存行数)) ÷ 缓存行数
缓存行索引 = 主存块地址 mod 缓存行数

对于这个例子，集合数为4，缓存行数为2，因此集合索引和缓存行索引的计算如下：

1. 集合索引 = (0x2000 mod (4 × 2)) ÷ 2 = 0
缓存行索引 = 0x2000 mod 2 = 0
映射到缓存地址：0x00

2. 集合索引 = (0x2008 mod (4 × 2)) ÷ 2 = 1
缓存行索引 = 0x2008 mod 2 = 0
映射到缓存地址：0x10

3. 集合索引 = (0x2200 mod (4 × 2)) ÷ 2 = 2
缓存行索引 = 0x2200 mod 2 = 0
映射到缓存地址：0x08

4. 集合索引 = (0x2210 mod (4 × 2)) ÷ 2 = 3
缓存行索引 = 0x2210 mod 2 = 0
映射到缓存地址：0x18

5. 集合索引 = (0x2110 mod (4 × 2)) ÷ 2 = 2
缓存行索引 = 0x2110 mod 2 = 1
映射到缓存地址：0x0C

现在，我们可以确定每个主存地址映射到哪个缓存地址了。接下来，我们需要查看每个缓存地址是否已经被占用。如果已经被占用，则发生缓存命中；如果没有被占用，则发生缓存不命中。

对于这个例子，我们可以得到以下结果：

1. 发生缓存不命中，因为0x00处的缓存行没有被占用。
2. 发生缓存不命中，因为0x10处的缓存行没有被占用。
3. 发生缓存不命中，因为0x08处的缓存行没有被占用。
4. 发生缓存不命中，因为0x18处的缓存行没有被占用。
5. 发生缓存命中，因为0x0C处的缓存行已经被占用了。

因此，主存地址1到4会发生缓存不命中，主存地址5会发生缓存命中。