高速缓冲存储器Cache的映射方式

客官°小女子只卖身不卖艺 2023-09-28 11:53 99阅读 0赞

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*  存储系统的层次结构
 *  高速缓存存储器的工作原理
 *  Cache地址映射(映像)方式
 *   *  全相联映射
     *  直接映射
     *  组相联映射

## 存储系统的层次结构 ##

为了解决容量，速度，价格之间的矛盾，把各种不同存储容量，不同存取速度，不同价格的存储器，按照一定的体系结构组织起来，使得所存放的程序和数据按照层次分布在各个存储器中，形成多层次的存储系统  
![在这里插入图片描述][32083cffb8744a80ae359bda99350c24.png]

*  从整体看，Cache——主存层次的存取速度接近于Cache的存取速度，但容量接近于主存
 *  解决了高速的和低成本之间的矛盾
 *  这个层次完全由硬件实现，对用户是透明的
 *  ![在这里插入图片描述][05e64f1a86f34d6fb2742ba476250f09.png]

## 高速缓存存储器的工作原理 ##

程序的局部性原理:时间局部性和空间局部性

> 程序访问的局部性原理  
> 时间局部性原理:当前正在使用的数据或指令在不久的将来还会被使用，那么当前正在使用的指令或数据，我们应该放到Cache,将来在使用的时候，就直接从Cache中取出  
> 空间局部性原理:当前正在使用的数据或指令在不久的将来,相邻的指令或数据可能被用到，我们就把当前正在使用的数据或指令从内存中放到Cache，同时还需要把相邻的指令和数据也放入到Cache中。  
> ![在这里插入图片描述][faf4c39dff874711a50148154a7a8eb6.png]  
> ![在这里插入图片描述][21e120ef052c4229ab787f39ec85bb03.png]  
> ![在这里插入图片描述][71509b7d06ff4c9eb16acd132b0d9253.png]  
> ![在这里插入图片描述][d4252952805e4e2d910971894052d3bd.png]

## Cache地址映射(映像)方式 ##

*  地址映射:应用某种函数把主存地址映射为Cache地址，称为地址映射
 *  全相联映射
 *  直接映射
 *  组相联映射  
    为了后续方便学习，我们先进行假定  
    ![在这里插入图片描述][7f0ef1d7a76244f08f7bae81cfe49485.png]

### 全相联映射 ###

> CPU和Cache进行交互，但是Cache里面的内容是从主存放进来的  
> ![在这里插入图片描述][7403cf2de79b42628ac1c442497c9348.png]  
> ![在这里插入图片描述][c5f0588ace644b3b9d1fd84c5f8ba697.png]  
> 低五位的地址指明在块内的地址  
> 高四位的地址指明在哪一块，也就是块号，在0号块，1号块…  
> Cache里面的tag(标记)表名的是块号，也就是记录对应主存所在块号，占4位，2^4=16  
> 如果我们要比较Cache是否命中，由于全相联是任意放的，利用率高，但是我们需要逐行比较是否命中，效率低  
> ![在这里插入图片描述][9ce4e1d2ee7c404ab844fd9c687b99ba.png]  
> ![在这里插入图片描述][e2298f461e354c54801b0ef3ef1d7dbc.png]  
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> ![在这里插入图片描述][f802534f03644908ad00658ccf3e9de0.png]

### 直接映射 ###

![在这里插入图片描述][a29f154a34c546efa635795a26f070ff.png]  
![在这里插入图片描述][9c83bb3fd2d946389de93b26bd818733.png]  
![在这里插入图片描述][b945c57f91bf48af9662565abc5dd6dc.png]  
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### 组相联映射 ###

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![在这里插入图片描述][cdacffbf826946d2bd44cf331817bc14.png]  
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