4.cache的基本工作原理及地址映射

Cache是指高速缓存存储器，是位于CPU和主存储器之间的一层存储器，用于加速CPU对数据的访问。Cache的基本工作原理如下：

1. 当CPU需要访问内存时，首先会在Cache中查找数据。如果Cache中存在该数据，则称为Cache命中，数据将从Cache中返回给CPU，这个过程称为Cache Hit，因为Cache的访问速度非常快，所以CPU可以快速地获取到需要的数据。

2. 如果Cache中不存在该数据，则称为Cache未命中，此时需要从主存储器中读取数据，并将数据存储到Cache中，以便下次访问时可以直接从Cache中获取，这个过程称为Cache Miss。

3. 为了保证Cache中存储的数据和主存储器中存储的数据一致，Cache在存储数据时需要使用一定的替换策略和写回策略。

地址映射是Cache工作的关键，主要包括直接映射、全相联映射和组相联映射三种方式。

1. 直接映射：每个主存储器地址只能映射到Cache中的一个特定位置，这个位置是通过主存储器地址的一部分来确定的。直接映射的缺点是容易出现冲突，导致Cache的命中率下降。

2. 全相联映射：主存储器中的每个地址都可以映射到Cache中的任意一个位置，这样可以避免冲突，但需要使用更多的比较器和电路来实现地址匹配。

3. 组相联映射：将Cache划分为多个组，每个组包含若干个Cache行，每个Cache行包含若干个存储块。主存储器中的每个地址可以映射到一个组中的任意一个Cache行中的任意一个存储块。组相联映射综合了直接映射和全相联映射的优点，既可以减少冲突，又可以减少比较器和电路的使用。

地址映射的选择取决于Cache的大小、性能和成本等因素，需要根据具体应用场景进行选择。