主存与Cache的地址映射

主存与Cache的地址映射

       由于Cache比主存小的多，因此必须使用一种机制将主存地址定位到Cache中，即地址映射。这个映射过程全部由硬件实现，对程序员透明。

       1． 地址映射方法：

       采用查表法（用专用快速硬件实现表格）
       表中内容：映射的Cache地址、标记（命中判断）、有效位

       2． 的三种方式：        （1）全相联映射方式：
　　        灵活，但映射函数复杂，不易实现。
       （2）直接映射方式：　　
　　        映照简单，不需计算，快速，但效率不高，易颠簸;。
       （3）组相联映射方式：　
　　        组内全相联映射，组间直接映射

       （1）        · 任一主存块能映射到Cache中任意行(主存块的容量等于Cache行的容量），见图1：

       · 映射过程：（见图2）

       ① 存入Cache：块表标记中存放主存的块号
　
       ② 检索：访问主存地址的块号与所有Cache行标记比较（图2阴影区）

       · 符合， 即数据在Cache中，形成访问Cache的地址（地址映射），访问Cache；
       · 不符合：访问主存，并将该块调入Cache。

       · 优点：灵活，不易产生冲突；
       缺点：比较电路难于实现，且效率低，速度慢。

      

      

       例：设访问存储器地址的块号序列为22、26、22、26、16、4、16、18，采用全相联映射方式时，Cache行分配情况（见图3）。

      

       全相联映射方式实例演示

       （2）

       直接映射方式实例演示        · 某一主存块只能能映射到Cache的特定行，见图4：

       i = j 　mod m 　　　其中： i：Cache的行号； 
       j：主存的块号； 
       m：Cache的总行数。

       · 映射过程：（见图5）

       ① 存入Cache：快表标记中存放主存地址的区号
       （将块地址分为二部分：· 块（行）地址 · 标记（区号））

       ② 检索： 根据访问主存地址的中间字段（行号），找到Cache快表中的这一行，读取该行中的标记字段与主存地址高位字段（区号）比较（图5阴影区）

       · 符合：即数据在Cache中，形成访问Cache的地址（地址映射），访问Cache； 
       · 不符合：访问主存，并将该块调入Cache。 
       · 优点：硬件简单，成本低；
       缺点：容易产生冲突，易"颠簸"，不能有效利用Cache空间。

       颠簸：例：频繁访问主存地址块序列0、m、0、m，则Cache中　　第0行信息只能频繁调进调出，即出现颠簸现象。

      

       例：访问存储器地址序列为22、26、22、26、16、4、16、18，采用直接映射方式时，Cache行分配情况（见图6）。

      

       （3） 
　
       组相联映射方式实例演示        组相联映射方式 　　是全相联映射方式和直接相联映射方式的结合，结合两者的优点

       · 方法：把Cache分为若干组，每组含有若干行。
       组间直接映射，组内全相联映射。 （图7）

       · 映射过程：（见图8）

       ① 存入Cache：快表标记中存放主存地址的区号及块号（将块地址分为三部分： · 块（行）地址· 组号· 标记（区号））

       ② 检索： 根据访问主存地址的第二字段（组号），找到Cache中的相应组，读取该组中的每一行标记字段与主存地址高位字段（区号）及块号比较（图8阴影区） 
       · 符合：即数据在Cache中，形成访问Cache的地址（地址映射），访问Cache； 
       · 不符合：访问主存，并将该块调入Cache。

       · 优点：结合上面两种的优点。

       ① 因为组内行数较少，比较器容易实现；
       ② 组内又有灵活性，冲突大大减少。

      

      

       例1：设Cache有8个行，分成2个组，设访问存储器地址的块号序列为22、26、22、26、16、4、16、18，采用组相联映射方式时，Cache行分配情况（见图9）。