Cache映射问题解答与典型题型示例
一、Cache映射问题解答(以组相联映射为例)
假设题目条件:Cache总块数64块,每组4块;主存容量4096页,Cache每块128个字,且主存与Cache块容量一致。
1. Cache的组数
Cache总块数为64块,每组包含4块,因此组数计算为:
plaintext
组数 = 总块数 ÷ 每组块数 = 64 ÷ 4 = 16 组
答案:16\boxed{16}16
2. 每个内存页的大小
题目明确"主存与Cache块容量一致",Cache每块128个字,因此内存页大小等于Cache块大小:
答案:128\boxed{128}128 个字
3. 主存地址的位数
主存总容量 = 页数 × 每页大小 = 4096 × 128 = 212×27=2192^{12} × 2^7 = 2^{19}212×27=219 字,地址位数由总容量的指数决定:
答案:19\boxed{19}19 位
4. 主存组号的位数
组相联映射中,主存组号与Cache组号位数相同。Cache有16组(16=2416=2^416=24),因此组号位数为:
答案:4\boxed{4}4 位
二、Cache映射典型题型示例
Cache映射主要分为直接映射、组相联映射、全相联映射三类,以下为典型例题及解析。
示例1:直接映射
题目 :某Cache容量为16KB,块大小为64B,主存容量为1MB,按字节编址。回答:
(1)Cache的块数是多少?
(2)主存的块数是多少?
(3)直接映射下,主存地址的"块内地址""Cache块号""主存标记"分别占多少位?
解答 :
(1)Cache块数 = Cache容量 ÷ 块大小 = 16KB ÷ 64B = 256 块
(2)主存块数 = 主存容量 ÷ 块大小 = 1MB ÷ 64B = 16384 块
(3)地址位划分:
- 块内地址:块大小64B = 262^626B,占 6\boxed{6}6 位;
- Cache块号:Cache块数256 = 282^828,占 8\boxed{8}8 位;
- 主存总地址位数:1MB = 2202^{20}220B,总位数20位;
- 主存标记 = 总位数 - 块内地址位 - Cache块号位 = 20 - 6 - 8 = 6\boxed{6}6 位。
示例2:组相联映射
题目 :某Cache采用组相联映射,Cache容量8KB,块大小32B,每组4块。主存容量256MB,按字节编址。求:
(1)Cache的组数是多少?
(2)主存地址的"块内地址""组号""主存标记"分别占多少位?
解答 :
(1)Cache块数 = 8KB ÷ 32B = 256 块;
组数 = 总块数 ÷ 每组块数 = 256 ÷ 4 = 64\boxed{64}64 组。
(2)地址位划分:
- 块内地址:32B = 252^525B,占 5\boxed{5}5 位;
- 组号:组数64 = 262^626,占 6\boxed{6}6 位;
- 主存总地址位数:256MB = 2282^{28}228B,总位数28位;
- 主存标记 = 28 - 5 - 6 = 17\boxed{17}17 位。
示例3:全相联映射
题目 :Cache容量4KB,块大小16B,主存某块地址为0x123456(按字节编址)。在全相联映射下,该主存块的"块内地址"和"主存标记"分别是什么?
解答:
- 块内地址:块大小16B = 242^424B,占低4位。地址
0x123456的二进制低4位为0110,对应十六进制0x6; - 主存标记:去除块内地址后的高地址部分,即
0x12345。
三、总结
Cache映射问题核心是地址位划分,需明确:
- 块内地址:由块大小决定(log2log_2log2块大小);
- 组号(组相联)/Cache块号(直接映射):由Cache组数/块数决定;
- 主存标记:总地址位减去上述两部分的剩余位。
通过上述例题可掌握不同映射方式的计算逻辑,关键在于明确"块大小、Cache结构、主存容量"三者的关系。