涉及:
基本理解 (防止误解映射规则
cache 与 主存 的 "地址"构成
主存块、cache块
cache容量、cache的总容量
有关计算的一些刁难名词
不涉及:
cache 与 主存映射规则
基本理解:
首先我们需要明确的是我们之后针对的位数都是针对的 地址. 与实际的存储的 (01) 二进制无关. 地址与存储的实际数据是两个不同的概念. 我们的映射规则是建立在地址上的.
“块” 的概念其实 和 按字节编址 是相似的.
设 我们能够存储 232bit2^{32}bit232bit 的二进制位.
① 如果是按 比特 编址, 那么会存在如下地址
0000 ... ... 0000 0000⏟32∼1111 ... ... 1111 1111⏟32\underbrace{0000 \: ... \: ... \: 0000 \: 0000}_{32} \sim \underbrace{1111 \: ... \: ... \: 1111 \: 1111}_{32}320000......00000000∼321111......11111111
② 如果按 字节 (one B = eight bit) 编址:
2322^{32}232 可以分成 (232/23)(2^{32}/2^{3})(232/23) 个部分, 即 (32−3)(32-3)(32−3)
0000 ... ... 0000 0000⏟29000⏟3\underbrace{0000 \: ... \: ... \: 0000 \: 0000}_{29}\underbrace{000}_{3}290000......000000003000
那么这 292929 位就是表示 每 888 个 bitbitbit 一组的地址了.
③ 同理 “块” 是一样的, 假设一个块的大小是 16bit16 bit16bit
0000 ... ... 0000 0000⏟28000⏟4 块内地址\underbrace{0000 \: ... \: ... \: 0000 \: 0000}_{28}\underbrace{000}_{4 \: 块内地址}280000......000000004块内地址000
这前 282828 位就是用来划分块的了, 后 444 位就是所谓的的块内地址
注: 地址在计算机存储中是观测不到的.
cache 与 主存的 " 地址 " 构成:
与其说是地址构成, 不如说成是 地址能分成哪些部分.
注: cachecachecache 的地址是不包括 标记项 的. 标记项对于 cachecachecache 来说更像是为了方便而方便, 而在原地址上添加的.
经过了上面关于分块的解释,我们就很容易理解地址的划分:
① 全相联映射:
如我们上面假设, 那么 块内地址的位数为: 444, 用来表示 "块地址"的位数为: 282828.
如果是对 cachecachecache 地址结构的求解, 那么这 282828 位表示的是 cachecachecache 行号的位数.
② 直接映射:
如上面我们假设的块大小, 那么块内地址位数为: 444, 标记位 与 cachecachecache 行号的位数总和为: 28.
0000 ... ... 0000 0000⏟28 "块地址"000⏟4块内地址\underbrace{0000 \: ... \: ... \: 0000 \: 0000}_{28\:"块地址"}\underbrace{000}_{4块内地址}28"块地址"0000......000000004块内地址000
在原 282828 位的基础上对 标记位 与 cachecachecache行号 的划分涉及到了 直接映射 的规则. (你也可以理解为 “块地址” 是用 标记位 和 cachecachecache行号 表示的.
假设 cachecachecache 有 282^828 行, 那么将如下映射: (有关 cachecachecache 行数的计算之后会涉及
228 % 282^{28} \: \% \: 2^{8}228%28
二进制运算规则
0000 ... ... 0000⏟20 0000 0000⏟8 余数\underbrace{0000 \: ... \: ... \: 0000}_{20} \: \underbrace{0000 \: 0000}_{8 \: 余数}200000......00008余数00000000
所以 “块地址” 又可以划分为 “标记位” 与 “cache行号cache行号cache行号”.
③ 组相连映射:
如果理解了 直接映射 的行号划分, 那么组号是一样的.
假设 cachecachecache 有 888 组, 那么将如下映射: (有关 cachecachecache 行数的计算之后会涉及
228 % 232^{28} \: \% \: 2^{3}228%23
二进制运算规则
0000 ... ... 0000⏟25 000⏟3 余数\underbrace{0000 \: ... \: ... \: 0000}_{25} \: \underbrace{000}_{3 \: 余数}250000......00003余数000
所以 “块地址” 又可以划分为 “标记位” 与 “cache组号cache组号cache组号”.
主存块、cachecachecache块
因为这两个"块"中存储的数据是一样的, 所以 主存块的大小 必然要等于 cachecachecache块大小.
那假设 主存块的大小为 323232 字节, 我们可以知道些什么能?
其实我们上面已经求过了 →\rightarrow→ 块内地址的位数. 我们试着求一下
32B=25B32 B = 2^5B32B=25B 那么 块内地址就是 555 位 ( 如果没说明按什么方式编址, 那么默认按字节编址.
解读: 存储块的大小 →\rightarrow→ 以多大的空间分块.
cachecachecache容量、cachecachecache总容量
① cachecachecache容量 = cachecachecache行数 ×\times× 存储块大小
上面这个公式是不是相当的眼熟:
cache地址结构{cache行号位块内地址位
cache地址结构
\begin{cases}
cache行号位\\
块内地址位
\end{cases}
cache地址结构{cache行号位块内地址位
那么 ① 式就可以转换成:
cache容量=2行号位数×2块内地址位数×2编码位数
cache容量 = 2^{行号位数} \times 2^{块内地址位数} \times 2^{编码位数}
cache容量=2行号位数×2块内地址位数×2编码位数注: 为什么要乘以编码位数在 基本理解 中已经求过了. 整个容量的位数去除编码位数才是地址表示的位数.
假设 cachecachecache容量大小为 64KB64KB64KB, 存储块大小为 32B32B32B, 按字节编址 (3位)(3位)(3位).
64KB→216∗23→cache64KB \rightarrow 2^{16}*2^{3} \rightarrow cache64KB→216∗23→cache地址(19−3)=16(19-3)=16(19−3)=16位
32B→25∗23→块内地址(8−3)=5位32B \rightarrow 2^{5}*2^{3} \rightarrow 块内地址(8-3)=5位32B→25∗23→块内地址(8−3)=5位
利用公式: cachecachecache行数 = cache容量 / 存储块大小cache容量 \: / \: 存储块大小cache容量/存储块大小.
64KB / 32B=21164KB \: / \: 32B = 2^{11}64KB/32B=211 所以 cachecachecache 行位数为 111111.
② cachecachecache总容量 = (各种标指位的位数 +++ 标记位数 +++ 块内地址位数) ×\times× 行数
注意这里括号内的位数并不包括 cachecachecache 的行位数. 这个就是规定. 记住就好了
有关计算
① 行长 (有时也称行大小 : 存储块大小
② cachecachecache有效容量 : cachecachecache 容量
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