直接缓存映射Direct Mapped Cache

这张图展示了**直接映射缓存（Direct Mapped Cache）**的结构和工作原理，并解释了如何将主存中的块映射到缓存中的特定行（组）。以下是引用第 0 块和第 8 块时的细节分析：
直接映射缓存的特点

• 映射规则：主存中的每个块只能映射到缓存中的唯一位置。
  
• 地址分解：
  
  
  
  • 地址分为标志位和行号两部分。
    
  • 行号用于定位缓存中的详细行。
    
  • 标志位用于判定缓存行中的数据是否与当前访问的主存块匹配。
    
  
  

第 0 块和第 8 块的映射

在这张图中，主存的第 0 块和第 8 块都映射到缓存的第 0 行。这是由于：

• 行号计算方式：行号 j 的计算公式为：
                                                j                               =                               i                                                               m                                  o                                  d                                                        2                                  m                                                 j = i \mod 2^m                        j=imod2m
  其中 ( i ) 是主存块号，( m ) 是缓存行数的指数（即缓存有 ( 2^m ) 行）。
  
• 示例：
  
  
  
  • 主存块 0：( j = 0 \mod 2^3 = 0 )，因此主存块 0 映射到缓存的第 0 行。
    
  • 主存块 8：( j = 8 \mod 2^3 = 0 )，因此主存块 8 也映射到缓存的第 0 行。
    
  
  

缓存冲突与替换

• 冲突题目：由于直接映射的唯一性，主存中的多个块大概会映射到缓存的同一个行。例如，第 0 块和第 8 块都映射到缓存的第 0 行。
  
• 替换：当主存的第 0 块被加载到缓存的第 0 行后，如果再访问第 8 块，第 0 行会被第 8 块替换，造成缓存冲突。
  
• 标志位的作用：标志位用于区分同一缓存行中不同的主存块。当访问发生时，先根据行号找到缓存行，再通过标志位判定该行中的数据是否是所需数据。
  

总结

• 直接映射缓存通过行号将主存块映射到唯一的缓存行，简单且快速，但冲突率较高。
  
• 第 0 块和第 8 块都映射到缓存的第 0 行，因此如果在较短时间内交替访问这两个块，会频仍发生替换，导致较低的缓存命中率。
  

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