地址映像 主存 cache

地址映像（Address Mapping）是指将逻辑地址映射到物理地址的过程。在计算机系统中，程序员通常使用逻辑地址来访问内存，而硬件系统需要将逻辑地址转换为物理地址，以便访问真正的内存单元。这个过程就是地址映像。

主存（Main Memory）是计算机系统中用于存储程序和数据的存储器，也称为内存。主存通常是由DRAM芯片组成的，存储容量较大，但速度较慢。

Cache（高速缓存）是一种速度比主存更快、但容量比主存小的存储器。Cache被设计为存储最近使用的数据和指令，以便快速响应CPU的请求。Cache通常由SRAM芯片组成，速度较快但成本较高。

在计算机系统中，CPU通过地址映像机制来访问内存，这个过程包括将逻辑地址映射到物理地址、从主存中读取数据或指令、将数据或指令存储到Cache中等。Cache起到了缓冲的作用，能够提高CPU访问内存的速度，从而提高整个计算机系统的性能。

相关问题

某机主存容量为128MB, Cache 容量为32KB，主存与 Cache 均按64B的大小分块 分别写出主存与 Cache 采用直接映像和全相联映像时主存与 Cache 地址的结构格式并标出各个字段的位数 若 Cache 采用组相联映像，每组块数为4块。写出主存与 Cache 地址的结构格式并标出各个字段的位数。并 回答一个主存块可以映像到多少个 Cache 块中？一个 Cache 块可与多少个主存块有对应关系

对于直接映像的主存与 Cache，主存地址结构为：Tag（高位）+ Index（中位）+ Offset（低位），其中 Tag 为主存块的标记，Index 为主存块在 Cache 中的索引，Offset 为主存块内部的偏移量。在本题中，主存容量为128MB，即2^27B，Cache 容量为32KB，即2^15B，均按64B的大小分块，因此主存共有2^22个块，Cache 共有2^13个块。由于直接映像的 Cache 中每个索引只对应一个主存块，因此 Index 的位数为13，Offset 的位数为6，Tag 的位数为8。

对于全相联映像的主存与 Cache，主存地址结构为：Tag（高位）+ Offset（低位），其中 Tag 为主存块的标记，Offset 为主存块内部的偏移量。由于全相联映像的 Cache 中每个块都可以对应主存中的任意一个块，因此 Tag 的位数为22，Offset 的位数为6。

对于组相联映像的 Cache，每组块数为4块，因此共有2^11组。主存地址结构与直接映像相同，Tag（高位）+ Index（中位）+ Offset（低位），其中 Tag 的位数为13，Offset 的位数为6，Index 的位数为11-2=9，因为每组有4块，需要2位来表示块内的索引。因此，一个主存块可以映像到4个 Cache 块中，一个 Cache 块可以与4个主存块有对应关系。

在某计算机系统中cache的容量为32KB，数据块的大小为32个字节，主存容量为2MB，按字节编址，地址映像方式为全相联映像方式。求： ①主存和cache各包含多少个字块？ ②主存和cache地址如何分配，请画图说明

好的，我来回答你的问题。

① 主存和 cache 各包含多少个字块？

由题可知，主存容量为2MB，即$2 \times 1024 \times 1024$字节，cache的容量为32KB，即32$\times$1024字节。

数据块的大小为32个字节，即一个数据块占用32个连续的字节空间。因此，主存共有$\dfrac{2 \times 1024 \times 1024}{32}=65536$个数据块。cache共有$\dfrac{32 \times 1024}{32}=1024$个数据块。

② 主存和 cache 地址如何分配，请画图说明

下面是主存和 cache 的地址分配图示：

<div align=center><img src="https://cdn.luogu.com.cn/upload/image_hosting/ed9v5w9b.png" width="600"></div>

由于采用的是全相联映像方式，因此主存中的任意一个数据块都可以映射到 cache 中的任意一个数据块中。在 cache 中，每个数据块都有一个有效位，表示该数据块是否已被使用。同时，每个数据块还有一个标签，用来标识该数据块在主存中的位置。

在上图中，主存和 cache 的地址分别从0到2MB和0到32KB。由于数据块的大小为32字节，因此主存和 cache 中每个数据块的大小都为32字节。

在全相联映像方式下，主存中的任意一个数据块都可以映射到 cache 中的任意一个数据块中。因此，cache 中每个数据块不仅包含了从主存中读取的数据，还包含了该数据在主存中的地址信息。这个地址信息被称为标签，用来标识该数据块在主存中的位置。

希望我的回答能够帮到你，有什么问题可以继续问我哦！