主存与Cache的地址映像

与主存容量相比，Cache的容量很小，它所保存的信息仅是主存信息的一个子集，且cache与主存的信息交换是以块为单位。主存每个块的大小和Cache中块的大小相等，为了把信息放到Cache中，必须事先规定好主存与cache之间的地址映像方式，即某一个Cache块可以作为哪些主存块的副本(即映像)。映像方式一旦确定，就决定了访问Cache时对主存地址的理解，因而也就决定了Cache的组织结构。目前有三种地址映像方式：直接映像、全相联映像和组相联映像。

主存地址＝主存块号＋块内地址。

主存分为2n块，则主存块号为n位。

1。直接映像(DirectMapping):只比较一次。主存地址被理解为标记（区号）、块号（对应的cache中的块号）、块内地址。主存块号被分解为标记和块号（位数由cache的块数决定）。
采用直接映像时，Cache的某一块只能和固定的一些主存块建立映像关系，主存的某一块只能对应一个Cache块。

2。全相联映像(AssociativeMapping) ：与cache中的所有块比较。主存地址被理解为由两部分组成：标记(主存块号)和块内地址。主存块号全部就是标记。
采用全相联映像时，Cache的某一块可以和任一主存块建立映像关系，而主存中某一块也可以映像到cache中任一块位置上,由于Cache的某一块可以和任一主存块建立映像关系，所以 Cache的标记部分必须记录主存块块地址的全部信息。例如，主存分为2n块，块的地址为n位，标记也应为n位。

为了判断是否命中，主存地址的标记部分需要和Cache的所有块的标记进行比较。为了缩短比较的时间，将主存地址的标记部分和Cache的所有块的标记同时进行比较。如果命中，则按块内地址访问Cache中的命中块(其标记与主存地址给出的标记相同)；如果未命中，则访问主存。

全相联映像的优点是灵活，Cache利用率高。缺点有两个：一是标记位数增加了(需要记录主存块块地址的全部信息)，使得Cache的电路规模变大，成本变高；二是比较器难于设计和实现(通常采用“按内容寻址的”相联存储器)。因此，只有小容量Cache才采用这种映像方式。

3。组相联映像(SetAssociativeMapping)：与cache一个组中的所有块。主存地址被理解为由三部分组成：标记、组号和块内地址。主存块号由标记和组号分割了，组号占主存块号的低位（位数由cache的组熟决定）。
组相联映像方式是介于直接映像和全相联映像之间的一种折中方案。设Cache中共有 m个块，在采用组相联映像方式时，将m个Cache块分成u组(set)，每组k个块(即m=u×k)，组间直接映像，而组内全相联映像(如图3．42所示)。所谓组间直接映像，是指某组中的Cache块只能与固定的一些主存块建立映像关系。

所谓组内全相联映像，是指和某Cache组相对应的主存块可以和该组内的任意一个Cache块建立映像关系。

例子：
高速缓存Cache 与主存间采用全相联地址映像方式，高速缓存的容量为4MB，分为4 块，每块1MB，主存容量为256MB。 若主存读写时间为30ns，高速缓存的读写时间为3ns，平均读写时间为3.27ns，则该高速缓存的命中率为___(3)___%。若地址变换表如下所示，则主存地址为8888888H时，高速缓存地址为___(4)___H。

地址变换表 38H 88H 59H 67H

(3)A. 90　　　　　　B. 95　　　　　　C. 97　　　　　　D. 99
　　(4)A. 488888　　　　B. 388888　　　　C. 288888　　　　D.188888
主存容量为 256MB表示由28个二进制数地址也对应由7个十六进制数8888888H ,每块 IMB说明块内地址是20位二进制数也就是5位十六进制数88888，剩下的2位十六进制数88H代表块地址（全相联映射）。

1、容量为64块的Cache采用组相联方式映像，字块大小为128个字，每4块为一组。若主存容量为4096块，且以字编址，那么主存地址应该为__(7)__位，主存区号为__(8)__位。 （7）A.16 B.17 C.18 D.19
（8）A.5 B.6 C.7 D.
解析：本题目涉及到Cache的工作存储原理知识，Cache作为主存局部区域的副本，用来存放当前活跃的程序和数据。将局部范围的内容从主存复制到Cache中，使CPU高速的从Cache中读取数据，速度比访问主存快很多。Cache有三种映像方式。

这里，由于主存容量为4096块（或“页”），且每块为128个字，所以，主存地址为4096*128=2^n;n=19
主存可以划分为4096/64=64组，所以主存区号为2^n=64;n=6.
答案选择(7)D (8)B

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