Cache 的映射方式

内容纲要

首先映射是按照块来映射的，每个块内都有一个块内地址，记录每个字长的位置。

本文部分图片来源参考：https://blog.csdn.net/weixin_42649617/article/details/105092395

直接映射

特点是内存与 Cache 之间的映射位置是固定的，其中内存到 Cache 的映射位置计算是取余。
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每个内存块的的大小跟 Cache 的块大小一致，内存块数量为 M， Cache 块数量为 N。

一个内存块的序号是 M(i)，那么在 Cache 中的位置是 M(i)%N = N(i)，

例如 Cache 块数量是 100 个，内存块数量是 1000 个，那么在内存位置 666 中的块，在 Cache 的位置是 666 % 100 = 66。

要注意，直接映射是根据 Cache 大小决定的，每次映射 100 个。就块上面的 666 块号，需要一次性映射 600-699 序号的 100 个块到 Cache 中。每次将一个范围的块映射到 Cache 中。

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虽然已经映射，但是 CPU 查找的时候是需要通过一些地址格式从 Cache 和内存中查找的，需要一个表记录 Cache 和内存地址。

求解题目需要知道：

Cache 地址格式：[Cache 块地址,块内地址]；
内存地址格式：[主存标记,Cache 块号,块内地址]；

例题：主存 1MB，Cache 16KB，块大小 512 字节。
块大小 512 字节，即 2^9 个字节，需要使用 9 位长度记录每个字节的位置。
Cache 需要记录每个块的位置，则 16KB/512字节 = 32 = 2^5 ，需要 5 位长度记录块号，块表的容量就是 2^5。

则 Cache 地址需要 5+9=14 位，因此：

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下标从 0 开始。

但是内存不是这样计算的，不能用1MB/512字节 = 2048 = 2^11，获得 11 这个数字。

因为内存是一次性按照 Cache 大小划分的，内存每次映射 16KB 到 Cache 中，一旦发现没有命中，需要一次性替换 16KB，即 32 个块。

因此，主存标记是 1MB/16KB = 2^6，需要 6 位标记当前内存哪个范围的块映射到了 Cache。
所以， CPU 要表示主存的地址，需要 [6,5,9] 个长度，即 20 位。

问，主存地址为 CDE8FH 的单元，在 Cache 的什么地方。

CDE8FH 即16进制 CDE8F ，转二进制为 1100 1101 1110 1000 1111，刚刚好为 20 位。
6 位是主存标记，这里用不到，去掉之后变成 01 1110 1000 1111。
5 位是块号，即 01 111 ，即 15。
9 位是块内号，即 0 1000 1111 即 143。

所以， CDE8F，在 Cache 的 01111 块，内内地址是 01001111。