了解直接映射缓存

Question

我试图理解直接映射缓存，但这是一个非常复杂的概念。我已经写了我认为到目前为止我理解的内容，但我不确定我是否正确。有人可以验证下面的解释是否正确吗？

例如，对于一台组装好的计算机，就这个问题而言，RAM 中有 1024 个内存位置（单元）。这等于 2^10，因此每个内存位置的地址必须是 10 位长。

要求 CPU 从 RAM 内存地址1100100111 获取数据。但是，CPU 不会直接从 RAM 中的该内存地址访问数据。 RAM 将这些数据存储到缓存中，然后 CPU 从缓存中获取数据。

有不同的方法可以做到这一点，一种是直接映射缓存。高速缓冲存储器和随机存取存储器被分成块，其中每个存储器的块中的单元数必须相同。 RAM 和缓存中的块数也必须是 2 的幂。

在此示例中，假设 RAM 中有 2^6 = 64 个块，因此每个块中有 1024/64 = 16 个单元。假设缓存中有 2^2 = 4 个块，因此缓存有 64 个单元。这些数字的指数中的“6”和“2”在以后很重要。

因为 RAM 和缓存中的块数是 2 的幂，所以计算很容易。在我们的地址1100100111 中，最后 6 位标记偏移量100111（6 来自 2^6 = 64 的事实），其余 4 位 1100 标记存储数据的 RAM 块编号。在这个块号中还有另外两个重要的数字。首先是缓存块号；这是该 RAM 块将存储到的缓存块。这是偏移后的前 2 位，因此它将是 00（2 来自缓存中有 2^2 = 4 个块的事实）。地址中剩余的 2 个数字标记标签。这将是11。

因此，当 CPU 被要求从内存地址 1100100111 获取数据时，它会在缓存块号 00 中查找此数据。它将地址 11 的标签与保存在缓存中的标签进行比较，缓存是一块单独的内存，用于存储有关数据来自 RAM 的位置的信息。如果标签相同，这就是命中，这就是 CPU 正在寻找的数据。如果地址的标签和内存中的标签不同，那么这是一个未命中，数据不会存储在缓存中。

如果是这种情况，缓存控制器将从RAM中的块号1100获取数据并将其存储在缓存块号00中，并将此块中的标记更新为11。 CPU 现在可以获取此块中的数据了。

这一切都正确吗？在我开始尝试理解联想和设置联想记忆之前，我需要了解这一点。

谢谢！

Answer 1

你的想法是对的，但你的数字在某个地方出错了。在您的示例中，您有一个直接映射的缓存，每个缓存有 4 个块/行，每个 16 个字节/单元。地址1100100111将被划分如下。您使用最低有效四位 0111 作为偏移量，因为它指的是您想要的特定块的哪个单元格。我认为您不小心将块号作为偏移量的一部分。无论如何，下一个最低有效两位10 将是块号，最高有效四位1100 将是标签。

您的理解似乎很好。还需要一点来指示缓存块是否有效。祝你好运！