cache與主存位址映像知識點及例題分析
容量為64 塊的cache 採用組相聯方式映像，字塊大小為128 位元組，每4 塊為一組，若主容量為4096 塊，且以字編址，那麼主存位址為（19 ）位，主存區號為（6 ）位。
這是一道cache 與主存位址映像的問題，即主存以什麼規則裝入cache 。它是計算機系統結構中儲存體系的一部分內容。好了，覺得還是先把相關的知識點寫一下先的好，不然只看答案可能有點難懂。
知識點：cache 與主存位址映像
cache
和主存都被分成若干個大小相等的塊，每塊由若干個位元組組成，主存和cache 的資料交換是以塊為單位，需要考慮二者位址的邏輯關係。
位址映像：把主存位址空間映像到cache 位址空間，即按某種規則把主存的塊複製到cache 中。
一、 全相連映像
主存中任何乙個塊均可以映像裝入到cache 中的任何乙個塊的位置上。主存位址分為塊號和塊內位址兩部分，cache 位址也分為塊號和塊內位址。cache 的塊內位址部分直接取自主存位址的塊內位址段。主存塊號和cache 塊號不相同，cache 塊號根據主存塊號從塊表中查詢。cache 儲存的各資料塊互不相關，cache 必須對每個塊和塊自身的位址加以儲存。當請求資料時，cache 控制器要把請求位址同所有的位址加以比較，進行確認。
特點：靈活，塊衝突率低，只有在cache 中的塊全部裝滿後才會出現衝突，cache 利用率高。但位址變換機構複雜，位址變換速度慢，成本高。
公式：主存位址位數＝塊號+ 塊內位址；
cache
位址位數＝塊號+ 塊內位址。
二、 直接映像
把主存分成若干區，每區與cache 大小相同。區內分塊，主存每個區中塊的大小和cache 中塊的大小相等，主存中每個區包含的塊的個數與cache 中塊的個數相等。任意乙個主存塊只能映像到cache 中唯一指定的塊中，即相同塊號的位置。主存位址分為三部分：區號、塊號和塊內位址，cache 位址分為：塊號和塊內位址。直接映像方式下，資料塊只能映像到cache 中唯一指定的位置，故不存在替換演算法的問題。它不同於全相連cache ，位址僅需比較一次。
特點：位址變換簡單、速度快，可直接由主存位址提取出cache 位址。但不靈活，塊衝突率較高，cache 空間得不到充分利用。
公式：主存位址位數＝區號+ 區內分塊號+ 塊內位址；
cache
位址位數＝塊號+ 塊內位址。
三、 組相連映像
組相連映像是前兩種方式的折衷。主存按cache 容量分割槽，每個區分為若干組，每組包含若干塊。cache 也進行同樣的分組和分塊。主存中乙個組內的塊數與cache 中乙個組內的塊數相等。組間採用直接方式，組內採用全相連方式。組的容量＝1 時，即直接映像，組的容量＝整個cache 的容量時，即全相連映像。cache 的存在對於程式設計師透明，cache 的位址變換和資料塊的替換演算法都採用硬體實現。
公式：主存位址位數＝區號+ 組號+ 主存塊號+ 塊內位址；
cache
位址位數＝組號+ 組內塊號+ 塊內位址。
四、 主存位址和cache 位址的相關計算
＆主存位址的位數a 由主存容量n 決定 a
＝log2n= 區號位數＋塊號位數＋塊內位址位數
＆cache 位址的位數b 由cache 容量h 決定 b
＝log2h ＝塊號位數＋塊內位址位數
＆區號根據cache 容量劃分，區號長度＝主存位址位數－cache 位址位數
＆主存的塊號和cache 塊號的長度相同，位數k 取決於cache 中能容納的個數 j
，k ＝log2j
＆主存的塊內位址和cache 的塊內位址長度相同，位數m 取決於塊的容量q ，m ＝log2q
例題解析：
方法一：
分割槽數＝主存容量／cache 容量＝4096 ／64 ＝64 ；
區內分組數=64/4=16;
組內分塊數＝4 塊／組；
塊內位址＝128 位元組；
所以根據公式：
主存位址位數＝6+4+2+7 ＝19 ；
主存區號＝6 位。
方法二：
＆主存位址的位數a 由主存容量n 決定 a
＝log2n= 區號位數＋塊號位數＋塊內位址位數
所以：
a＝log2n ＝log2 （4096*128 ）＝log2 （2
^12*2^7
）＝log2 （2
^19）
＝19 ；
＆cache 位址的位數b 由cache 容量h 決定 b
＝log2h ＝塊號位數＋塊內位址位數
所以：
b＝log2 （64*128 ）＝13.
區號的計算方法同上！
方法三：
主存位址＝主存塊位址+ 塊內位址＝12+7 ＝19 ；
主存區號位址＝主存塊位址-cache 塊位址＝12-6 ＝6.
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