计算机组成结构：Cache存储器组织与运算部件详解

本资源是关于"计算机组成与结构"的PPT，主要关注于第四个章节——主存储器。其中，重点讨论了cache存储器的组织方式。首先，讲解了三种地址映象方式：直接映象，即将主存的每个地址一对一映射到cache，适合小型缓存；全相联映象，每个主存块都可以独立访问任意一个cache位置，适用于大容量且内存利用率高的场景；组相联映象则介于两者之间，每个主存块关联到一组cache位置。 替换算法是cache管理的关键部分，两种常见的算法被提及：FIFO（先进先出）和LRU（近期最少使用）。FIFO简单易实现，但可能造成最近使用的数据被替换；而LRU通过记录最长时间未使用的数据来决定替换，能够更好地保持热点数据的命中率。 在讲述cache的具体细节时，提到了带符号二进制数的表示方法，如原码、补码和反码，以及它们在加减法运算中的应用。例如，原码和补码用于表示正负数，通过符号位和数值位的组合实现数值的存储；而反码则是通过按位取反再加1的操作得到，便于计算。此外，还展示了加减法运算在补码系统中的操作规则，如[X+Y]补=[X]补+[Y]补，以及符号位的处理方法。 这部分内容对于理解计算机硬件层次结构中的主存管理和优化策略至关重要，尤其是在处理速度相对较慢的主存与快速但容量有限的cache之间的数据交换时。通过对这些概念的理解，可以深入剖析现代计算机如何通过高效的存储系统提升整体性能。