Cache地址映射替换算法写操作策略

Posted 2021-11-22 Lora青蛙

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• • 地址映射
  • 替换算法
  • 写操作策略

地址映射

地址映射变换机构是将CPU送来的主存地址转换为Cache地址。
习惯上，Cache中的“块”称“行”，主存中称“块”。
Cache的“行”与主存的“块”存储容量相同，Cache行数比主存块数少得多，因此主存中只有一部分块的信息可存放在Cache中，因此在Cache中要为加标记指明它是主存中哪一块的副本。

地址映射的方法有三种：直接映射、全相联映射、组相连映射。

1.直接映射（对号入座）
相当于个位数为n的学生只能坐到讲台上的n号位置。
若用一个数学表达式来表示，则用取模来对应：
i=j mod C
i：Cache中的块号
j：主存中的块号
C：Cache的块数

上面公式表示将主存第j块内容复制到Cache的第i块中。

优点：实现简单。只需利用主存地址的某些位直接判断即可确定字块是否在Cache中。
缺点：不够灵活，Cache的存储空间得不到充分利用；冲突概率高，抖动。抖动就是某个块频繁地进行交换。比如说尾号为7的同学都要坐在7号位置，需要不断换人。
应用场合：适合大容量Cache。

2.全相联映射（空位随意放）
全相联映射允许主存中每一个字块映射到Cache的任何一行的位置上。对于主存中的数据块可以拷贝到cache中的哪一行不做硬性规定。有空位置就可以坐。

优点：Cache命中率可以提高。且减少了块的冲突率，进而提高了Cache的利用率。
缺点：tag的位数增加了，硬件控制较复杂，访问Cache时主存字块标记需要和Cache的全部标记进行比较。
应用场合：适合小容量Cache。

3.组相联映射（按号分组，组内随意放）
组相联映射是对直接映射和全相联映射进行折中的一种方式。
将cache的空间分为若干组，主存块与cache组之间直接映射，而组内各块之间全相联映射。
同理可以得到和直接映射中一样的公式：
i=j mod Q
i：Cache中的块号
j：主存中的块号
Q：Cache的组数
通俗地说，上面的公式就是主存第j块内容复制到Cache的i组中，至于是i组中的哪一块就随便了。
组相联映射实现较为容易，块冲突概率比直接映射方式低，命中率介于直接映射方式与全相联映射方式之间，被普遍采用。

替换算法

Cache满了或者位置被占了如何处理：

写操作策略

修改Cache中的内容后，如何保持主存中相应内容的一致性？