主存與cache的地址映射關(guān)系

1、主存與Cache的地址映射CPU對存儲(chǔ)器的訪問，通常是一次讀寫一個(gè)字單元。當(dāng)CPU訪Cache不命中時(shí)，需將存儲(chǔ)在主存中的字單元連同其后若干個(gè)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(gè)數(shù)據(jù)塊。數(shù)據(jù)塊的大小是固定的，由若干個(gè)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(shí)現(xiàn)的目標(biāo)看，一方面既要使CPU的訪存速度接近于訪Cache

2、的速度，另一方面為用戶程序提供的運(yùn)行空間應(yīng)保持為主存容量大小的存儲(chǔ)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(shí)，依然和未使用Cache的情況一樣，給出的是一個(gè)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(jī)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

3、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(dāng)CPU訪Cache未命中時(shí)，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。主要有三種地址映射方式，分別為全相聯(lián)映射、直接相聯(lián)映射和組相聯(lián)映射。1.全相聯(lián)映射全相聯(lián)映射全相聯(lián)映射是指主存中任一塊都可以映射到Cache中任一塊的方式，也就是說，當(dāng)主存中的一塊需調(diào)入

4、Cache時(shí)，可根據(jù)當(dāng)時(shí)Cache的塊占用或分配情況，選擇一個(gè)塊給主存塊存儲(chǔ)，所選的Cache塊可以是Cache中的任意一塊。例如，設(shè)Cache共有2C塊，主存共有2M塊，當(dāng)主存的某一塊j需調(diào)進(jìn)Cache中時(shí)，它可以存入Cache的塊0、塊1、…、塊i、…或塊2C1的任意一塊上。如圖428所示。當(dāng)一個(gè)主存塊調(diào)入Cache中時(shí)，會(huì)同時(shí)在一個(gè)存儲(chǔ)主存塊號和Cache塊號映射表的相聯(lián)存儲(chǔ)器中進(jìn)行登記。CPU訪存時(shí)，首先，根據(jù)主存地址中的主存塊

5、號M在相聯(lián)存儲(chǔ)器中查找Cache塊號，若找到，則本次訪Cache命中，于是將對應(yīng)的Cache塊號取出，并送訪Cache地址的塊號C字段；緊接著將主存地址的塊內(nèi)字號W直接送Cache地址的塊內(nèi)字號W字段，從而形成一個(gè)訪Cache的地址；最后根據(jù)該地址完成對Cache單元的訪問.全相聯(lián)映射方式的優(yōu)點(diǎn)是Cache的空間利用率高，但缺點(diǎn)是相聯(lián)存儲(chǔ)器龐大，比較電路復(fù)雜，因此只適合于小容量的Cache之用。2.直接相聯(lián)映射直接相聯(lián)映射直接相聯(lián)映射方