我刚刚开始学习直接映射和设置关联缓存的概念。 我有一些非常基本的疑虑。到此为止。
假设地址是32位长，并且我有一个32KB缓存，64Byte块大小和512帧，实际存储了多少数据＆＃34;块＆＃34;？如果我有一个从存储器位置加载一个值的指令，并且该值是16位整数，那么64Byte块之一现在只存储一个16位（2Bytes）整数值。块中的其他62个字节是什么？如果我现在有另一个加载指令也加载一个16位整数值，这个值现在进入另一个帧的另一个块，具体取决于加载地址（如果地址映射到前一个指令的同一帧，则先前的值被驱逐并且块再次以64字节存储仅2字节）。正确？
请原谅我，如果这似乎是一个非常愚蠢的怀疑，它只是我想要正确地得到我的概念。
答案 0 :(得分：26)
我输入此电子邮件给某人解释缓存，但我认为您可能会发现它也很有用。
你有32位地址可以引用RAM中的字节。 您希望能够缓存您访问的数据，以便以后使用它们。
假设您需要1-MiB（2 20 字节）缓存。
你做什么？
您需要满足2个限制：
- 在所有地址中，缓存应尽可能统一。即你不想偏向任何特定类型的地址。
- 你是怎么做到的？使用剩余！使用mod，您可以在任何您想要的范围内均匀分配任何整数。
- 您希望帮助最小化簿记费用。这意味着例如如果你以1字节为单位进行缓存，则不希望存储4个字节的数据只是为了跟踪1个字节所属的位置。
- 你是怎么做到的？存储大于1个字节的块。
假设您选择16字节（2 4 - 字节）块。这意味着您可以缓存2 20 / 2 4 = 2 16 = 65,536个数据块。
您现在有几个选择：
- 您可以设计缓存，以便来自任何内存块的数据可以存储在任何缓存块中。这将被称为完全关联缓存。
- 好处是它是“最公平”的缓存：所有块都被完全平等对待。
- 权衡是速度：要找到放置内存块的位置，您必须在每个缓存块中搜索可用空间。这真的很慢。
- 您可以设计缓存，以便来自任何内存块的数据只能 存储在单个缓存块中。这将被称为直接映射缓存。
- 好处是它是最快的缓存类型：您只需检查项目是否在缓存中。
- 权衡的是，现在，如果你碰巧有一个糟糕的内存访问模式，你可以有2个块连续相互踢，而未使用的块仍然留在缓存中。
- 您可以混合使用两者：将单个内存块映射到多个块。这就是真正的处理器所做的 - 它们具有N路组关联缓存。
直接映射缓存：
现在你有65,536个数据块，每个块有16个字节 您将其存储为缓存中的65,536“行”，每个“行”包含数据本身，以及元数据（关于块所在的位置，是否有效，是否已写入等）。
问题： 内存中的每个块如何映射到缓存中的每个块？
答案： 好吧，你正在使用直接映射缓存，使用mod。这意味着地址0到15将被映射到缓存中的块0; 16-31被映射到块2等等...当它到达1-MiB标记时它会环绕。
所以，给定内存地址M，你如何找到行号N？容易：N = M％2 20 / 2 4 但这只会告诉您存储数据的位置，而不是检索的方式。一旦你存储它，并尝试再次访问它，你必须知道这里存储了 1 MB的内存部分，对吗？
这是一个元数据：标记位。如果它在第N行，那么在mod操作期间你需要知道的是商是什么。对于32位地址，其中12位大（因为余数是20位）。
因此，您的标记变为12位长 - 特别是最高 12位的任何内存地址。
并且您已经知道最低的4位用于块内的偏移（因为存储器是字节寻址的，而块是16字节）。
这为存储器地址的“索引”位留下了16位，可用于查找地址所属的行。 （它只是一个除法+余数运算，但是是二进制运算。）您还需要其他位：例如您需要知道块是否实际上有效，因为当CPU打开时，它包含无效数据。因此，您添加1位元数据：有效位。
您将了解其他位，用于优化，同步等......但这些是基本的。 ：）
答案 1 :(得分：5)
我假设你知道标签，索引和偏移的基础知识，但这是我在计算机体系结构课程中学到的简短解释。块被替换为64字节块，因此每次将新块放入高速缓存时，无论是否只需要一个字节，它都会替换所有64个字节。这就是为什么在寻址缓存时有一个偏移量，它指定了你想从块中获取的字节。举个例子，如果只加载16位整数，缓存将通过索引搜索块，检查标记以确保其正确的数据，然后根据偏移量获取字节。现在，如果你加载另一个16位值，假设使用相同的索引但不同的标记，它将用新块替换64字节块并从指定的偏移量获取信息。 （假设直接映射）
我希望这有帮助！如果你需要更多的信息或者这仍然是模糊的让我知道，我知道几个很好的网站，做得很好。