CH9.1 cache的组织结构

cache的组织结构

Cache的容量很小，它保存的内容只是主存内容的一个子集，且Cache与主存的数据交换是以块为单位的。为了把信息放到Cache中，必须应用某种函数把主存地址定位到Cache中，这称为地址映射。在信息按这种映射关系装入Cache后，CPU执行程序时，会将程序中的主存地址变换成Cache地址，这个变换过程叫做地址变换。
Cache的地址映射方式有直接映射、全相联映射和组相联映射。假设某台计算机主存容量为l MB，被分为2048块，每块512B；Cache容量为8KB，被分为16块，每块也是512B。

基本的计算机都会是组相连映射，所以我只是总结下组相连的样子:

组相联映射

组相联映射实际上是直接映射和全相联映射的折中方案，其组织结构如图3-16所示。主存和Cache都分组，主存中一个组内的块数与Cache中的分组数相同，组间采用直接映射，组内采用全相联映射。也就是说，将Cache分成u组，每组v块，主存块存放到哪个组是固定的，至于存到该组哪一块则是灵活的。例如，主存分为256组，每组8块，Cache分为8组，每组2块。

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主存中的各块与Cache的组号之间有固定的映射关系，但可自由映射到对应Cache组中的任何一块。例如，主存中的第0块、第8块……均映射于Cache的第0组，但可映射到Cache第0组中的第0块或第1块；主存的第1块、第9块……均映射于Cache的第1组，但可映射到Cache第1组中的第2块或第3块。
常采用的组相联结构Cache，每组内有2、4、8、16块，称为2路、4路、8路、16路组相联Cache。组相联结构Cache是前两种方法的折中方案，适度兼顾二者的优点，尽量避免二者的缺点，因而得到普遍采用。

下图更清晰一点：

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根据上图我们知道：每隔 2^(c-r) - 1个字块都映射向同一个cache set。我们称这个距离为critical stride，critical stride 可有下列公式计算得：
(critical stride) = (number of sets) * (line size) = (total cache size) / (number of ways);

一次内存访问示意图

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