一、Cache - 主存的映射方式
全相聯映射：主存塊可以放在 Cache 的任意位置。
直接映射：每個主存塊只能放到一個特定的位置：
Cache塊號 = 主存塊號 % Cache總塊數
組相聯映射：Cache塊分為若幹組，每個主存塊可放到特定分組中的任意一個位置： 組號 = 主存塊號 % 分組數
（一）、全相聯映射（隨意放）
CPU 訪問主存地址 1…1101001110：
①主存地址的前22位🚌🫲，對比Cache中所有塊的標記；
②若標記匹配且有效位=1，則Cache命中🎹，訪問塊內地址為 001110 的單元🛳。
③若未命中或有效位 = 0，則正常訪問主存。
（二）、直接映射（只能放固定位置）
直接映射🏈，主存塊在Cache中的位置 = 主存塊號 % Cache總塊數🎏🛩。
若 Cache總塊數 = 2 n 2^n2n 則主存塊號末尾n位直接反映它在Cache 中的位置👲👂🏻。將主存塊號的其余位作為標記即可🆙。
此時主存地址為：
CPU 訪問主存地址 0…01000 001110 ：
①根據主存塊號的後 3位確定Cache行 。
②若主存塊號的前 19 位與Cache標記匹配且有效位=1，則Cache命中，訪問塊內地址為 001110 的單元𓀎。
③若未命中或有效位=0♠️，則正常訪問主存。
（三）、組相聯映射（可放到特定分組）
n 路組相聯映射 —— n塊為一組
eg：2路組相聯映射——2塊為一組
組相聯映射，所屬分組 = 主存塊號 %分組數
CPU 訪問主存地址1…1101001110 👨🦰：
①根據主存塊號的後 2位確定所屬分組號💡。
②若主存塊號的前20位與分組內的某個標記匹配且有位=1💆🏼♂️， 則Cache命中🚏，訪問塊內地址為 001110的單元🤸🏻。
③若未命中或有效位=0，則正常訪問主存。
（四）Cache - 主存的映射方式總結
二、Cache 替換算法
前面介紹了 Cache 與主存的映射，說明了 Cache塊映射到主存塊的位置👰🏽♀️。但是未說明當 Cache 內存滿了時應該選擇哪個 Cache 進行替換，這當中涉及到 Cache 替換算法。
（一）、隨機算法（RAND）
隨機算法（RAND, Random）——若Cache已滿，則隨機選擇一塊替換。
隨機算法——實現簡單🧑🏿，但完全沒考慮局部性原理，命中率低，實際效果很不穩定。
（二）、先進先出算法（FIFO）
先進先出算法（FIFO, First In First Out）—— 若Cache已滿，則替換最先被調入Cache 的塊。
先進先出算法 —— 實現簡單🎆🍫，最開始按#0#1#2#3放入Cache👩🏽🦹🏽♂️，之後輪流替換 #0#1#2#3 。FIFO依然沒考慮局部性原理，最先被調入Cache的塊也有可能是被頻繁訪問的👶🛡。
（三）、近期最少使用算法（LRU）
近期最少使用算法（LRU, Least Recently Used ）—— 為每一個Cache塊設置一個“計數器”，用於記錄每個 Cache 塊已經有多久沒被訪問了⌚️。當 Cache 滿後替換“計數器”最大的🍣。
①命中時，所命中的行的計數器清零，比其低的計數器加1，其余不變👩；
②未命中且還有空閑行時🔌，新裝入的行的計數器置0⛹️♀️，其余非空閑行全加1🥄；
③未命中且無空閑行時🧖🏼♀️，計數值最大的行的信息塊被淘汰，新裝行的塊的計數器置0👱🏻♀️，其余全加1。
（四）、最不經常使用算法（LFU）
最不經常使用算法（LFU, Least Frequently Used ）—— 為每一個Cache塊設置一個“計數器”🟡♚，用於記錄每個Cache塊被訪問過幾次。當Cache滿後替換“計數器”最小的。
新調入的塊計數器=0，之後每被訪問一次計數器+1。需要替換時，選擇計數器最小的一行。
（五）、Cache 替換算法的總結
三、Cache 寫策略
（一）、寫命中
1. 寫回法
寫回法(write-back) —— 當CPU對Cache寫命中時，只修改Cache的內容，而不立即寫入主存，只有當此塊被換出時才寫回主存👩🏿🔬。
減少了訪存次數🛖，但存在數據不一致的隱患✴️。
2. 全寫法
全寫法(寫直通法，write-through) —— 當CPU對Cache寫命中時，必須把數據同時寫入 Cache 和主存👨⚕️，一般使用寫緩沖(write buffer)。使用寫緩沖*️⃣，CPU寫的速度很快，若寫操作不頻繁，則效果很好。若寫操作很頻繁👌🏿，可能會因為寫緩沖飽和而發生阻塞。
訪存次數增加🤰🏿，速度變慢，但更能保證數據一致性。Cache塊被替換時無需寫回👱🏽。
（二）、寫不命中
1. 寫分配法
寫不命中時，把主存中的塊調入Cache🫳，在Cache中修改🦇。
搭配寫回法使用。
寫回法(write-back) —— 當CPU對Cache寫命中時，只修改Cache 的內容，而不立即寫入主存，只有當此塊被換出時才寫回主存💆🏻♀️。
2. 非寫分配法
非寫分配法(not-write-allocate)——當 CPU 對 Cache 寫不命中時只寫入主存🧒，不調入Cache👨🏿🦱。搭配全寫法使用。
全寫法(寫直通法，write-through) —— 當 CPU 對 Cache 寫命中時，必須把數據同時寫入Cache 和主存，一般使用寫緩沖(write buffer)。
（三）🤌、多級Cache
現代計算機常采用多級Cache🤷🏿♀️，離CPU越近的速度越快，容量越小⛎，離CPU越遠的速度越慢，容量越大🧙🏼♂️🗓。
（四）、Cache 寫策略的總結
鏈接：https://blog.csdn.net/weixin_43848614/article/details/126822596
作者：何為xl
