前言

　　上次介绍了存储器在计算机内的层次结构以及cache本身的原理，详细见”cache存储器（随笔Ⅰ）”。

　　接下来将会介绍cache存储器与主存直接的数据映射关系。

　　由于cache存储器的行比主存储器的块要少得多，因此需要一定的算法来实现映射。目前常用的三种方法：直接映射、全相联映射、组相联映射。　

　　

直接映射

　　将主存中的每个块映射到一个固定可用的cache存储器的行中，可以表示为

i = j mod m

　　其中，i是cache存储器行号，j是主存的块号，m是cache存储器的行数。

　　简单地说，就是主存中的0、m、2m····等块号均单一映射到cache存储器的0行，主存中1、m+1、2m+1···等块号均单一映射到cache存储器的1行，····，以此类推，如下表所示。

cache行	被分配的主存块
0	0、m、2m、···、2s-m
1	1、m+1、2m+1、···、2s-m+1
···	···
m-1	m-1、2m-1、3m-1、···、2s-1

 

　　下图为直接映射的机制图

 

　　从图中看可以看出，每一个访问cache存储器的的主存地址都可以看成是三部分组成的，长度为s + w：

• • 最低的w位标识主存某个块中唯一的一个字或者字节
  • 剩余的s位中指定了主存2^s个块中的一个
  • 剩余s位的前s - r位为cache存储器的标识符
  • 剩余s位的后r位位cache存储器的行号，即cache存储器共有m = 2^r行

　　根据上图则有如下直接映射小结：

• • 地址长度：s+w位
  • 寻址单位数：2^(s+w)字或字节
  • 块大小(行长度)：2^w字或字节
  • 主存块数：2^s
  • Cache行数：2^r
  • 标识长度：(s - r)位

 

实例

　　我们将设计一个范例来展示如何映射。首先，需要设定以下简单条件：

• • cache存储器的行以及主存的块长为4字节
  • cache存储器共16行，主存共64块
  • 主存地址共8位

　　可以推出s = 6、w = 2、r = 4，则主存地址如下图所示

　　接下来可以由高s位中的低r位来寻找cache存储器行号，即0010，如下图所示

 　　通过高s位中的高s - r位来确定cache存储器的标识符，记录是哪一块主存，即10，如下图所示

总结

• 技术简单
• 实现花费成本低
• 对于任意给定主存的块，其cache存储器映射位置是固定的，因此会有抖动现象：如果一个程序频繁访问两个映射到同一cache存储器行的不同主存块的字的话，这两个块会被不断地交换到cache存储器中，cache存储器的命中率会下降

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　　期待下次更新❤