3.7 高速缓冲存储器

3.7.3 Cache和主存之间的映像方式

　　为了把信息放到Cache中，必须应用某种函数把主存地址映像到Cache中定位，称为地址映像（映射）。而将主存地址变换成Cache地址，称做地址变换，它们之间是密切相关的。常用的地址映像方式有三种，分别是全相联映像、直接映像和组相联映像。
　　1．全相联映像
　　全相联映像是指将内存和Cache按照固定的相同的大小进行分块。内存的块和Cache的块可以任意对应，即内存的任何一块都可以映像到Cache的任何一块。在Cache的存储空间被占满的情况下，也允许确实已被占满的Cache存储器中替换出任何一个旧块，具体如图3-14所示。
　　2．直接映像
　　直接映像先将Cache分成若干块，每个块的大小相同，并对每个块进行编号。同时根据Cache容量大小将内存分成若干区（页），每个区的容量都跟Cache的容量相同，然后对内存进行分块，每块的大小跟Cache块的大小相同，同样对区内的块进行编号。映像时，内存的某个区的块只能保存在与其块号相同的Cache块中。如图3-15所示，内存各区中的第0块只能映像到Cache的第0块，而不能映像到其他块。

　　3．组相联映像
　　组相联映像实际上是直接映像和全相联映像的折中方案。组相联映像方式先将Cache分成大小相同的若干区（组），对每个区按照直接映像的方式进行分块，并且编号，因此，Cache中有多个编号相同的块。对内存按照Cache区的大小进行分页，再对每页按照Cache块的大小进行分块，每个内存块可以对应不同Cache区中的相同块号的块。如图3-16中内存第0页的第0块，可以对应Cache的第0区的第0块，也可以对应第j区的第0块。
　　在三种方式中，全相联映像方式比较灵活，Cache的块冲突概率最低、空间利用率最高，但是地址变换速度慢，而且成本高，实现起来比较困难；直接映像方式是最简单的地址映像方式，成本低，易实现，地址变换速度快，而且不涉及其他两种映像方式中的替换算法问题。但这种方式不够灵活，Cache的块冲突概率最高、空间利用率最低；组相联映像实际上是全相联映像和直接映像的折中方案，其优点和缺点介于全相联和直接映像方式的优缺点之间。