Cache缓存

1. 考点：Cache 的访问命中率

• 存储层次关系​：寄存器 > Cache > 主存 > 外存（若无寄存器，则 Cache 最快）。

1.1 平均周期计算公式

以读操作为例，使用“Cache + 主存储器”系统的平均周期 $t_3$ 计算公式为：

$$t_3 = h \times t_1 + (1 - h) \times t_2$$

1.2 参数说明

• $h$：对 Cache 的访问命中率。
• $(1-h)$：失效率（又称未命中率）。
• $t_1$：Cache 的周期时间。
• $t_2$：主存储器的周期时间。
• $t_3$：系统平均周期。

2. 考点：Cache的地址映像：直接相联映像

• 优点： 规则简单，电路设计简单
• 缺点： 冲突率太高

3. 考点：Cache的地址映像：全相联映像

• 优点： 冲突率低
• 缺点： 电路设计复杂

4. 考点：Cache地址映像：组相联映像

特点：

• 冲突率比直接相联映像更低
• 电路设计比全相联映像更简单

5. 总结

映象方式	冲突率	电路复杂度	其他
直接相联映像	高	简单	对应位置有数据即冲突
全相联映像	低	复杂	所有位置有数据即冲突
组相联映像	中	折中	—

6. 真题实战

6.1 题目一

题目：在程序执行过程中，高速缓存 (Cache) 与主存间的地址映射由（ D ）。

• A、操作系统进行管理
• B、存储管理软件进行管理
• C、程序员自行安排
• D、硬件自动完成

解析：

Cache 的工作原理（包括地址映射、替换算法等）对系统程序员和应用程序员都是透明的。它完全由​硬件自动完成，不需要软件或操作系统的干预，以保证极高的访问速度。

正确答案：D。

6.2 题目二

题目：主存与 Cache 的地址映射方式中，（ A ）方式可以实现主存任意一块装入 Cache 中任意位置，只有装满才需要替换。

• A、全相联
• B、直接映射
• C、组相联
• D、串并联

解析：

• 全相联映射：主存中的任一块可以装入 Cache 的任意位置，只有当 Cache 空间全部装满时，才需要使用替换算法（如 LRU、FIFO 等）置换出旧块。
• 直接映射：主存中的一块只能装入 Cache 的特定位置，对应位置有数据即发生冲突。
• 组相联映射：结合了前两者的特点，主存块可以装入指定组内的任意位置。

正确答案：A。

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