"STFX大学计算机体系结构考试试题，涵盖了计算机内存系统，特别是关于缓存（Cache）的管理和地址映射方法，包括直接映射、全关联映射和2路集合关联映射。题目涉及的主要知识点包括：内存地址格式、缓存线（Cache line）大小、直接映射的工作原理以及其在存储数据时的处理方式，以及标签（Tag）的作用。"
在计算机体系结构中，缓存（Cache）是一种用于提高内存访问速度的高速存储器。试题主要关注了缓存与主存之间的地址映射策略，特别是直接映射、全关联映射和2路集合关联映射这三种方式。
1. **直接映射（Direct Mapping）**：
直接映射是最简单的映射方式，主存中的每一行数据都会被映射到缓存中的一个固定位置。如描述所示，如果主存大小为64KB（16进制表示即0x10000），那么地址可以表示为Madd[15:0]。假设缓存大小为256B，即32个缓存行（每个缓存行8B），缓存行地址为Cadd[4:0]。在这种映射方式下，主存地址Madd的高4位（Madd[7:3]）决定数据将被存储到哪个缓存行中。例如，地址0001000100011011和1010101010101010，它们的Madd[7:3]部分决定了它们会被映射到哪个缓存行。
2. **全关联映射（Fully Associative Mapping）**：
在全关联映射中，主存中的任何一行数据都可以存储在缓存的任何位置，没有固定的映射规则。这意味着数据的存储位置更为灵活，但寻址和替换算法会更复杂。
3. **2路集合关联映射（2-Way Set Associative Mapping）**：
这种映射方式是直接映射和全关联映射的折衷方案，主存数据会被映射到两个预设的缓存位置之一。在这种情况下，主存地址被分成三部分：标记（Tag）、集合索引（Set Index）和缓存行内的偏移量（Offset）。标记用于识别数据，集合索引决定数据可能存在的缓存行范围，而偏移量则确定数据在缓存行内的具体位置。
4. **标签（Tag）的作用**：
在直接映射中，标签通常用于确认缓存中的数据是否与主存中的数据匹配。因为直接映射可能导致多条不同的主存数据映射到同一缓存行，所以需要标签来区分这些数据。例如，当主存地址0001111100011011的数据被存入缓存后，标签会保存该地址的其他部分，确保在读取时能正确找到对应的数据。
5. **缓存组织的图示**：
试题可能要求绘制一幅图，展示直接映射的缓存组织。这通常会包含主存地址的不同字段，如标记、集合索引和偏移量，以及它们如何在实际的地址解析中起到作用。在直接映射中，标记通常是主存地址的高几位，集合索引是中间几位，偏移量是最低几位，这些信息都用于确定数据在缓存中的位置。
这道试题旨在考察学生对计算机内存层次结构的理解，尤其是缓存系统的设计和工作原理，以及不同映射策略对性能的影响。理解和掌握这些概念对于深入理解计算机系统的性能优化至关重要。
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