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當(dāng)用虛地址訪問主存時，機(jī)器自動地把它經(jīng)輔助軟件、硬件變換成主存實地址。查看這個地址所對應(yīng)的單元內(nèi)容是否已經(jīng)裝入主存，如果在主存就進(jìn)行訪問，如果不在主存內(nèi)就經(jīng)輔助軟件、硬件把它所在的那塊程序和數(shù)據(jù)由輔存調(diào)入主存，而后進(jìn)行訪問。這些操作都不必由程序員來安排，也就是說，對應(yīng)用程員員是透明的。 主-輔存層次解決了存儲器大容量要求和低成本之間的矛盾。 在速度方面，計算機(jī)的主存和CPU直保持了大約一個數(shù)量級的差距。顯然這個差距限制了CPU速度潛力的發(fā)揮。為了彌合這個差距，僅采用一種工藝的單一存儲器是行不通的，必須進(jìn)一步從計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和組織上去研究。設(shè)置高速緩沖存儲器（Cache）是解決存取速度的重要方法。在CPU和主存中間設(shè)置高速緩沖存儲器，構(gòu)成高速緩存（Cache）-主存層次，要求Cache在速度上能跟得上CPU的要求。Cache-主存間的地址映象和調(diào)度吸取了比它較早出現(xiàn)的主-輔存存儲層次的技術(shù)，不同的是因其速度要求高，不是由軟、硬件結(jié)合而完全由硬件來實現(xiàn)，如圖所示。
地址映象是指某一數(shù)據(jù)在內(nèi)存中的地址與在緩沖中的地址，兩者之間的對應(yīng)關(guān)系。下面介紹三種地址映象的方式。
 
1.全相聯(lián)方式
 
地址映象規(guī)則：主存的任意一塊可以映象到Cache中的任意一塊
 
(1) 主存與緩存分成相同大小的數(shù)據(jù)塊。
 
(2) 主存的某一數(shù)據(jù)塊可以裝入緩存的任意一塊空間中。如果Cache的塊數(shù)為Cb，主存的塊數(shù)為Mb，則映象關(guān)系共有Cb×Mb種。
 
目錄表存放在相關(guān)（聯(lián)）存儲器中，其中包括三部分：數(shù)據(jù)塊在主存的塊地址、存入緩存后的塊地址、及有效位（也稱裝入位）。由于是全相聯(lián)方式，因此，目錄表的容量應(yīng)當(dāng)與緩存的塊數(shù)相同。
 
優(yōu)點：命中率比較高，Cache存儲空間利用率高。
 
缺點：訪問相關(guān)存儲器時，每次都要與全部內(nèi)容比較，速度低，成本高，因而應(yīng)用少。
 
2.直接相聯(lián)方式
 
地址映象規(guī)則： 主存儲器中一塊只能映象到Cache的一個特定的塊中。
 
(1) 主存與緩存分成相同大小的數(shù)據(jù)塊。
 
(2) 主存容量應(yīng)是緩存容量的整數(shù)倍，將主存空間按緩存的容量分成區(qū)，主存中每一區(qū)的塊數(shù)與緩存的總塊數(shù)相等。
 
(3) 主存中某區(qū)的一塊存入緩存時只能存入緩存中塊號相同的位置。
 
主存中各區(qū)內(nèi)相同塊號的數(shù)據(jù)塊都可以分別調(diào)入緩存中塊號相同的地址中，但同時只能有一個區(qū)的塊存入緩存。由于主、緩存塊號相同，因此，目錄登記時，只記錄調(diào)入塊的區(qū)號即可。主、緩存塊號及塊內(nèi)地址兩個字段完全相同。目錄表存放在高速小容量存儲器中，其中包括二部分：數(shù)據(jù)塊在主存的區(qū)號和有效位。目錄表的容量與緩存的塊數(shù)相同。
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