全相联映射、直接映射、组相连映射

1、主存中的块放到cache（高速缓冲存储器）中哪个位置？

全相联映射：主存中的块在cache中随意放（就是想放cache中的哪一行就放哪一行）

直接映射：主存块号%cache有多少行，通过这样计算出来的结果，就是主存块在cache中存放的位置。

组相连映射：主存块号%cache中有多少组，通过这样计算出来的结果，就是主存块在cache中存放的组，至于在组中可以随意放。

2、标记位、有效位、命中是什么？

2.1 标记位

标记位=主存块号，当主存块中的东西放到cache中后，会将相应的主存块号设置为标记位。这样做的话，下次CPU要访问这个位置的主存时，就不用直接去访问主存了，只要在cache中就可以找到。

比如：CPU要访问主存中地址A，首先会去看看cache中有没有A，由于这里A地址放到了cache中，那么就直接找cache就行，就不用专门跑去主存中了。
而这期间具体是这样子的，CPU先找到cache中的标记位，找到标记位后，也就是找到了相应的cache行，再通过块内地址在相应的cache行中找到相应的位置。
（主存地址A = 主存块号+块内地址）

2.2 有效位

cache中没有放东西的行会默认置0，这时候可能就会出现很多个0的情况，而且如果主存块号0放入cache中还会与之混淆，所以就引入了有效位这个概念。在放入后，有效位就设置为1，没有放入就设置为0，这样就算放入的是主存块号0，也不会混淆了。

2.3 命中

命中是什么意思呢？我个人理解是：CPU在cache中找到了它想要在主存中找到的东西。如果在cache中没有找到，就是未命中。未命中的话，CPU就需要去访问主存，虽然这样会慢一点，但是没办法，毕竟cache中没有，就只能去主存找了。

3、全相联映射

这是王道考研中的一个截图，感兴趣的可以看看王道的讲解。
链接: https://pan.baidu.com/s/1dkDtZxbSP0OHvJDaoKR5rg 提取码: ngc1

这里需要注意：1MB = 2¹⁰ KB = 2²⁰ B
所以256MB = 2²⁸ B
又因为每行长64B = 2⁶B
所以cache的块内地址为2⁶
因为cache块的大小是和主存块的大小是相等的，也就是cache和主存的每一行大小相等，所以主存的块内地址是6位

2²⁸/2⁶ = 2²²

所以主存块号为22位

4、直接映射

直接映射有一个很大的缺点就是，只能放在固定位置，灵活性差，会使大片内存无法得到充分利用。
比如图中所示一样，主存块号8的那个要放到cache中，对应的是0的那一行，但是其他地方明显空了很多，却不用，而且放到0的那里，还会覆盖掉原来的。

4.1优化标记位

主存块号的后三位与cache中行数的二进制数相对应

这里通过优化后，标记位的位数可以少3位，其实就是将主存块号进行细分，细分出了标记位和行号。

5、组相连映射

6、课后习题

设某计算机主存容量位4MB，Cache容量为16KB，每块包含8个字，每字32位，设计一个4路组相连映像（即Cache每组内共有4个块）的Cache组织，要求：
（1）画出主存地址字段中各字段的位数
（2）设Cache的初态为空，CPU依次从主存第0，1，2，……，99号单元读出100个字（主存依次读出一个字），并重复按此次序读8次，问命中率是多少？
（3）若Cache的速度是主存的6倍，试问有Cache和无Cache相比，速度提高多少倍？

关于主存地址的例题
关于主存地址的详细讲解
这两篇文章看了之后，来做第一小问应该会比较轻松。

（1）主存地址 = 区号+组号+组内块号+块内地址号

因为Cache容量位16KB，即2¹⁴ B，每个B（字节）里面有8位
Cache的容量 = 16KB/(8*32)位 =（ 2¹⁴*8）/2⁸ = 2⁹块
又因为每4块一组，所以共有2⁹/4 = 2⁷组,通过二进制来表示2⁷ 组，所以需要7位，故组号是7。（2¹组的话，就是需要1位二进制数，0和1；2²组=4组，就需要2位二进制数，00 = 0,01 = 1，10 = 3,11 = 4）

组内块号就是指有多少块一组，这里是4块一组，是2² 组，所以转换成二进制需要两位，所以组内块号 = 2

如果没有明确指明的话，默认是按字节编址，那么每个字就是32位/8 = 4字节，又因为每块包含8个字，所以一个块有8*4 = 32字节 = 2⁵ 字节
故块内地址号 = 5

因为主存容量是4MB = 2²² B，所以主存地址共有22位
最后，区号 = 22 - 7 - 2 - 5 = 8

主存地址格式如下：

区号	组号	组内块号	块内地址
8位	7位	2位	5位

（2）由于每个字块有8个字，所以主存第0，1，2，……，99号单元分别在0~12中，采用四路组相连分别映像到第0组至12组中，但由于Cache起始为空，所以第一次读取的时候，读每一块的第一个单元都是为空，都没命中，但后7次每个单元都能命中。

命中率 = (100-13 + 7x100) / 8x100 = 98.4%

(3)设Cache的存取周期为T，则主存的存取周期为6T。
有Cache的访存时间 = H × Tc + (1 - H) × （Tm + Tc）= Tc + (1 - H) × Tm = T + (1 - 98.4%) × 6T= 1.096T