cache存储器（随笔Ⅱ）
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2s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 = 2r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)：2w字或字节
- 主存块数：2s
- Cache行数：2r
- 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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