我正在尝试学习一些关于缓存的东西。假设我有一个 4 路 32KB 缓存和 1GB RAM。每个高速缓存行是 32 字节。因此，我知道 RAM 将被分成 256 个 4096KB 页面，每个页面映射到一个缓存集，其中包含 4 个缓存行。
我有多少种缓存方式？我什至不确定缓存方式是什么。有人可以解释一下吗？我做了一些搜索，最好的例子是
http://download.intel.com/design/intarch/papers/cache6.pdf
但我还是一头雾水。
谢谢。
【问题讨论】：
您所指的缓存称为集合关联缓存。整个缓存分为多个集合，每个集合包含 4 个缓存行（因此是 4 路缓存）。所以关系是这样的：
缓存大小 = 缓存中的集合数 * 每个集合中的缓存行数 * 缓存行大小
您的缓存大小是 32KB，它是 4 路，缓存行大小是 32B。所以集合的数量是 (32KB / (4 * 32B)) = 256
如果我们认为主内存是由缓存线组成的，那么每个缓存线大小的内存区域称为一个块。所以每个主存块都会被映射到一个缓存行（但并不总是映射到一个特定的缓存行，因为它被设置为关联缓存）。
在集合关联缓存中，每个内存块都会映射到缓存中的一个固定集合。但它可以存储在集合的任何缓存行中。在您的示例中，每个内存块都可以存储在一组的 4 个缓存行中的任何一个中。
内存块到缓存行的映射
主存中的块数 = (1GB / 32B) = 2^25
每页的块数 = (4KB / 32B) = 128
系统中的每个字节地址可分为3部分：
表示 1GB 内存所需的位数 = 30 (1GB = (2^30)B)
表示缓存行偏移所需的位 = 5 (32B = (2^5)B)
表示 256 个缓存集所需的位 = 8 (2^8 = 256)
这样我们就剩下 (30 - 5 - 8) = 17 位用于标记。由于不同的内存块可以映射到同一个缓存行，这个标签值有助于区分它们。
处理器生成地址时，30位地址的中间8位用于选择缓存集。该集合中将有 4 个缓存行。因此，所有四个常驻缓存行的标签都会与生成地址的标签进行匹配。
示例
如果一个 30 位的地址是 00000000000000000-00000100-00010（为清楚起见，用“-”分隔），那么
【讨论】：
如果我们将内存划分为高速缓存行大小的块（即 32B 内存块），则每个块都称为一个块。现在，当您尝试访问某个内存地址时，包含该地址的整个内存块（大小为 32B）将被放置到缓存行中。
没有每一组不负责 4096KB 或一个特定的内存页。来自不同内存页面的多个内存块可以映射到同一个缓存集。
【讨论】：
在他们的“计算机组织和设计，硬件-软件接口”中，Patterson 和 Hennessy 谈到了缓存。比如this版本，第408页显示如下图（我添加了蓝、红、绿线）：
显然，作者在描述集合关联缓存时仅使用术语“块”（而不是“行”）。在直接映射缓存中，地址的“索引”部分寻址行。在集合关联中，它为集合编制索引。
这个可视化应该与@Soumen 在接受的答案中的解释相得益彰。
然而，这本书主要描述了精简指令集架构（RISC）。我个人知道 MIPS 和 RISC-V 版本。因此，如果您面前有一台 x86，请对这张照片持保留态度，与其说是实际实现，不如说是概念可视化。
【讨论】：