在cache存儲(chǔ)系統(tǒng)中，把cache和主存儲(chǔ)器都劃分成相同大小的塊。

主存地址由塊號(hào)B和塊內(nèi)地址W兩部分組成，cache地址由塊號(hào)b和塊內(nèi)地址w組成。

當(dāng)CPU訪問(wèn)cache時(shí)，CPU送來(lái)主存地址，放到主存地址寄存器中，通過(guò)地址變換部件把主存地址中的塊號(hào)B變換成cache的塊號(hào)b，并放到cache地址寄存器中，同時(shí)將主存地址中的塊內(nèi)地址W直接作為cache的塊內(nèi)地址w裝入cache地址寄存器中，如果變換成功（又叫cache命中），就用得到的cache地址去訪問(wèn)cache，從cache中取出數(shù)據(jù)送到CPU中；

如果變換不成功（cache不命中），則產(chǎn)生cache失效信息，并且用主存地址訪問(wèn)主存儲(chǔ)器，從主存儲(chǔ)器中讀出一個(gè)字送往CPU，同時(shí)把包含該字在內(nèi)的一整塊數(shù)據(jù)都從主存儲(chǔ)器讀出來(lái)裝入cache，這時(shí)，如果cache已經(jīng)滿(mǎn)了，則要采用某種cache替換策略把不常用的塊先調(diào)出到主存儲(chǔ)中相應(yīng)的塊中，以便騰出空間來(lái)存放新調(diào)入的塊。

由于程序具有局部性特點(diǎn)，每次塊失效時(shí)都把一塊（由多個(gè)字組成）調(diào)入到cache中，能夠提高cache的命中率。

Cache地址映射和變換方法

地址的映射和變換是密切相關(guān)的，采用什么樣的地址映射方法就必然有與這種映射方法相對(duì)應(yīng)的地址變換方法。

無(wú)論采用什么樣的地址映射方式和地址變換方式，都要把主存和cache劃分成同樣大小的存儲(chǔ)單位，每個(gè)存儲(chǔ)單位成為“塊”，在進(jìn)行地址映射和變換時(shí)，都是以塊為單位進(jìn)行的。常用的映射方式和變換方式有以下3種：

?■ 全相聯(lián)映射方式 主存中任意一塊可以映射到cache中的任意一塊上。

?■ 直接映射方式 主存中一塊只能映射到cache中的一個(gè)特定塊上，假定主存的塊號(hào)為B，cache的塊號(hào)為b，cache的總塊數(shù)為Cb，則它們之間的映射關(guān)系可以用下面的公式表示：b = B mode Cb

?■ 組相連映射方式 在這種相聯(lián)的地址映射和變換方式中，把主存和cache按同樣大小劃分成組（set），每個(gè)組都由相同塊數(shù)組成。從主存的組到cache的組之間采用直接映射方式，在主存中的組與cache中的組之間建立好映射關(guān)系之后，在兩個(gè)對(duì)應(yīng)的組內(nèi)部采用全相聯(lián)的映射方式。

在ARM處理器中，主存與cache采用組相聯(lián)地址映射和變換方式，如果cache的塊大小為2L，則同一塊中各地址的bit［31：L］是相同的。

如果cache中組的大小（每組中包含的塊數(shù)）為2S， 則虛擬地址的bit［L+S-1：L］用于選擇cache中的某個(gè)組， 而虛擬地址中其他位［31：L+S］包含了一些標(biāo)志。

將cache每組中的塊數(shù)稱(chēng)為組容量（set-associativity），當(dāng)組容量等于cache中的總塊數(shù)時(shí)，對(duì)應(yīng)的映射方式為全相聯(lián)映射方式；

當(dāng)組容量等于1時(shí)，對(duì)應(yīng)的映射方式為直接映射方式；

當(dāng)組容量為其他值時(shí)，稱(chēng)為組相聯(lián)映射方式。

在組相聯(lián)映射方式中，cache的大小CACHE_SIZE（字節(jié)數(shù)）可以通過(guò)下面的公式來(lái)計(jì)算：

CACHE_SIZE = LINELEN*ASSOCIATIVITY*NSETS

其中，

?LINELEN為cache塊（line）大小；

?ASSOCIATIVITY為組容量；

?NSETS為cache的組數(shù)。