Cache地址与主存地址对应关系

一，为什么需要cache

程序的运行大致是这个样纸的：当我们要运行一个程序时，如，我们点击了一个.exe的文件，然后剩下的事情就交给计算机处理了：计算机会先将程序读到内存，然后再通过各种调度读到cup中执行。（注：本图只是个例子）

但是对于经常使用的程序或文件，想想如果我们经常按照这个顺序读下来，举个极端点儿的例子，从硬盘读到内存要1000S，从内存读到cache要100s,从cache读到寄存器执行要1s,这是我们就应该想，对于常用的东西，为什么不就放在身边呢？但是考虑到寄存器的容量太小的问题，于是，我们就把常用的东西放到了cache里面。这里的cache起到了一个buffer的作用：暂时不用但以后常用的东西先存起来。

这样，使用了Cache后，我们在运行程序时如果需要访问存储器，就会先访问Cache，看看在这里面有没有我们要找的信息，如果没有，再到主存中去寻找，如果找不到，再到辅存中去找。

二，Cache与主存地址的对应方法

CPU访问要读取数据时，发出来的是主存的地址，而有可能我们要访问的内容在Cache中，所以，这时候就要将主存地址转换为Cache的地址，这里，有3中转换方法。

1，直接映像

在进行映像的工作时，规定各区中的某一信息块只能映像到Cache中的一个固定的信息块中，即主存中的第0块映像到cache的第0个块框架，第1块映像到cache的第1块，以此类推的映像方式。

2，全相联

在全相联Cache中，存储的块与块之间，以及存储顺序或保存的存储器地址之间没有直接的关系。程序可以访问很多的子程序、堆栈和段，而它们是位于主存储器的不同部位上。

这时，我们可以先来看一下cache结构：

因为Cache保存着很多互不相关的数据块，所以，Cache必须对每个块和块自身的地址加以存储（就放在上面的tag里面）。当请求数据时，Cache控制器要把请求地址同所有地址加以比较，进行确认。

3，组相连

组相联Cache是介于全相联Cache和直接映像Cache之间的一种结构：通过直接映像决定组号，在一组内再用全相联的方式来决定cache中的块号。

综上，可得出：

直接映射：一个块可以放到cache中的唯一的位置上

全相联：一个块可以放到cache中的任意的位置上

组相联：一个块可以放到cache的受限的组里，该块可以放置到组内的任意一个块里

计算机内各种地址转换都很有规律：1，分级：比如，河北省——廊坊市——安次区——狼院——**宿舍楼； 2，逐一比较：比如，查找门牌号为515的房间，就从000这个房间挨个比较到找到515为止；3，综合上面1和2：比如，要从中国查找这个515房间，就先利用分级方法确定515大致位置，然后再利用逐个比较的方法找。

小结：

在贝尔克的亡灵中，福尔摩斯对柯南说过：

人生就是一束无色的线里交缠着名为杀人的血红色的线，而解开那线的工作，不就是我们的工作吗？