高速缓存存储器与地址映像：理解直接映像与纠错能力

本资源主要介绍了存储器及存储系统中的几个关键名词概念，包括码字、码距以及高速缓冲存储器（Cache）的相关知识。 1. 码字与码距: 码字是编码理论中的基本概念，指的是由一组代码构成的有意义的信息单元，如在8421码中，数字6和7分别对应的码字是0110和0111。码距则是码制中任意两个码字之间的最小差异，它反映了码制的唯一性和错误检测能力。8421码中的最小码距为1（如0000和0001），而最大码距为4（如0111和1000）。码距越小，意味着纠错能力越弱；反之，码距越大，能有效提高查错和纠错性能。 2. 高速缓冲存储器（Cache）: Cache是计算机系统中的一种高速存储器，用于存储CPU经常访问的数据。Cache由小容量的静态随机访问存储器（SRAM）和高速缓存控制器组成。它的核心功能是缓存CPU需要的数据，通过将数据从较慢的主存快速复制到速度更快的SRAM中，提高了系统性能。Cache的透明性体现在软件层面几乎感觉不到它的存在，因为数据的请求和处理都由硬件自动完成。 Cache的组成包括标记（用于识别主存块的副本）、块号、块内地址，以及比较器、替换算法等组件。地址映像是将主存地址映射到Cache的关键技术，有直接映像、全相联映像和组相联映像等多种方式。直接映像方式简单，但空间利用率不高；全相联和组相联映像则提供了更高的灵活性，但实现复杂度增加。 Cache的大小有限，所以其内部块的数目较少，每个块内的字节数与主存相同。当Cache满或发生“不命中”（即需要的数据不在Cache中）时，会采用替换策略决定将哪个数据块替换出去，以腾出空间存储新的数据。 理解这些概念对于深入研究计算机体系结构和优化存储系统性能至关重要，它们直接影响到系统的速度和可靠性。通过合理设计和管理Cache，可以显著提升计算机系统的整体性能。