主存與cache的地址映射方式有哪幾種？

主存與cache的地址映射方式有哪幾種？cache是一種高速緩沖寄存器，是為解決CPU和主存之間速度不匹配而采用的一項重要技術(shù)。

CPU對存儲器的訪問，通常是一次讀寫一個字單元。當CPU訪Cache不命中時，需將存儲在主存中的字單元連同其后若干個字一同調(diào)入Cache中，之所以這樣做，是為了使其后的訪存能在Cache中命中。

因此，主存和Cache之間一次交換的數(shù)據(jù)單位應(yīng)該是一個數(shù)據(jù)塊。數(shù)據(jù)塊的大小是固定的，由若干個字組成，且主存和Cache的數(shù)據(jù)塊大小是相同的。

從Cache-主存層次實現(xiàn)的目標看，一方面既要使CPU的訪存速度接近于訪Cache的速度，另一方面為用戶程序提供的運行空間應(yīng)保持為主存容量大小的存儲空間。

在采用Cache-主存層次的系統(tǒng)中，Cache對用戶程序而言是透明的，也就是說，用戶程序可以不需要知道Cache的存在。因此，CPU每次訪存時，依然和未使用Cache的情況一樣，給出的是一個主存地址。但在Cache-主存層次中，CPU首先訪問的是Cache，并不是主存。

為此，需要一種機制將CPU的訪主存地址轉(zhuǎn)換成訪Cache地址。而主存地址與Cache地址之間的轉(zhuǎn)換是與主存塊與Cache塊之間的映射關(guān)系緊密聯(lián)系的，也就是說，當CPU訪Cache未命中時，需要將欲訪問的字所在主存中的塊調(diào)入Cache中，按什么樣的策略調(diào)入，直接影響到主存地址與Cache地址的對應(yīng)關(guān)系，這也就是本小節(jié)要解決的主存與Cache的地址映射問題。

主存與cache的地址映射方式有全相聯(lián)方式、直接方式和組相聯(lián)方式三種。

直接映射(directmapping)

將一個主存塊存儲到唯一的一個Cache行。

全相聯(lián)映射(fullyassociative mapping)

可以將一個主存塊存儲到任意一個Cache行。

組相聯(lián)映射(setassociative mapping)

可以將一個主存塊存儲到唯一的一個Cache組中任意一個行。

直接映射

多對一的映射關(guān)系，但一個主存塊只能拷貝到cache的一個特定行位置上去。

cache的行號i和主存的塊號j有如下函數(shù)關(guān)系：i=j mod m　?。╩為cache中的總行數(shù)）

優(yōu)點：硬件簡單，容易實現(xiàn)

缺點：命中率低， Cache的存儲空間利用率低

全相聯(lián)映射

主存的一個塊直接拷貝到cache中的任意一行上

優(yōu)點：命中率較高，Cache的存儲空間利用率高

缺點：線路復(fù)雜，成本高，速度低

組相聯(lián)映射

將cache分成u組，每組v行，主存塊存放到哪個組是固定的，至于存到該組哪一行是靈活的，即有如下函數(shù)關(guān)系：cache總行數(shù)m＝u×v 組號q＝j(luò) mod u

組間采用直接映射，組內(nèi)為全相聯(lián)

硬件較簡單，速度較快，命中率較高