在学习三种映像之前，我们要先学习下cache的原理。

高速缓冲器cache的原理

cpu的速度远远快于内存，因此如果cpu只是从内存中读取数据，那么会花费较多的时间在等待数据上，我们希望有一种方法解决【从内存中读数据慢】的问题，于是有了高速缓存。

对于数据的读取基于两个猜想，假设我们读取内存地址x处的数据，那么有

• 内存地址x处的数据在短时间内容易被再次访问
• 内存地址x周围的数据在短时间内容易被再次访问

命中（hit）

我们在访问一个内存地址的时候，先查看高速缓存里面有无该地址的数据。如果有就直接从高速缓存中读取数据，这个行为我们叫做hit，即缓存命中

未命中（miss）

如果高速缓存中没有数据，我们需要从内存中读取数据，这个行为叫做miss。值得注意的是，我们一次读取不是读取一个内存单元的数据，而是读取一个【cache行】的数据，这意味着目标地址及其附近区域的一些数据会被读到高速缓存中，如果下次访问邻近的数据，就不会miss。（cache容量一般为64字节）

直接映像

假设有4个cache行，每行16字节，那么主存中

0-15字节被映射到cache行1
16-31字节被映射到cache行2
32-47字节被映射到cache行3
48-63字节被映射到cache行4

64-79字节被映射到cache行1 这里循环往复，以4个16字节为循环长度，上图中不同颜色的连线表示了这种循环映射

我们对内存中的地址，直接模除64（4*16=64），看结果，如果模除结果是在0-15，那么cache行1。

示例
假设每次访问的都是映射到同一行的内存块，那么会不断的miss，因为就一块cache，大家一起用，互相覆盖，造成miss率高

优点是电路搭建简单，成本低。缺点是miss率很高

全相联映像

全连接映射顾名思义，谁都能映射。任意内存块，可以被映射到任意cache行。可以将cache看作一个list，只要list未满，就载入最前的一个空cache行，直到cache满，然后淘汰掉旧行，载入新行。

示例：

全连接映射hit率很高，因为大家公用所有cache，而不是像直接映射一样大家共用一个cache行。缺点是硬件实现很复杂，成本非常高（有n个cache行，就要有n个地址的比较电路来判断地址是否在行内）

多路组相联映像

组映射将cache分组，一个cache组包含多个cache行，而内存块以直接映射的形式，先映射到对应的组上，然后再以全连接映射的方式，再组内寻找对应到的cache行。

示例：
如下示例中，两次访问映射到同一cache组的地址，如果是直接映射，那么会被覆盖，而组内采用全连接映射，则避免了覆盖的情况。

优缺点：综合了上述两种映射，暨能做到组间直接映射，又能做到组内全连接映射，在成本和效率上有所折中，是折中的平衡方案。