全相聯映射是指主存中任一塊都可以映射到Cache中任一塊的方式，也就是說，當主存中的一塊需調入Cache時，可根據當時Cache的塊占用或分配情況，選擇一個塊給主存塊存儲，所選的Cache塊可以是Cache中的任意一塊。例如，設Cache共有2C塊，主存共有2M塊，當主存的某一塊j需調進Cache中時，它可以存入Cache的塊0、塊1、塊i、 或塊2C -1的任意一塊上。如圖4-28所示。 圖4-28全相聯映射方式 在全相聯映射方式下，CPU的訪主存地址為如下形式： 其中，M為主存的塊號，W為塊內的字號。而CPU訪Cache的地址形式為： 其中，C為Cache的塊號，W為塊內的字號。 主存地址到Cache地址的轉換是通過查找一個由相聯存儲器實現的塊表來完成的，其形成過程如圖4-29示。圖4-29全相聯映射的地址轉換 當一個主存塊調入Cache中時，會同時在一個存儲主存塊號和Cache塊號映射表的相聯存儲器中進行登記。CPU訪存時，首先，根據主存地址中的主存塊號M在相聯存儲器中查找Cache塊號，若找到，則本次訪Cache命中，于是將對應的Cache塊號取出，并送訪Cache地址的塊號C字段；緊接著將主存地址的塊內字號W直接送Cache地址的塊內字號W字段，從而形成一個訪Cache的地址；最后根據該地址完成對Cache單元的訪問. 全相聯映射方式的優點是Cache的空間利用率高，但缺點是相聯存儲器龐大，比較電路復雜，因此只適合于小容量的Cache之用。 2. 直接相聯映射 直接相聯映射方式是指主存的某塊j只能映射到滿足如下特定關系的Cache塊i中：ij mod 2C （4.2） 圖4-30直接相聯映射方式 上圖中，主存的第0、2C、2C1、 塊只能映射到Cache的第0塊，主存的第1、2C+1、2C1+1、 塊只能映射到Cache的第1塊， ，主存的第2C-1、2C1-1、2M-1塊只能映射到Cache的第2C-1塊。 在直接相聯映射方式下，CPU的訪主存地址為如下形式： 其中，T為標志號，C為Cache的塊號，W為塊內的字號。在這里，原主存的塊號M實際上被分成了兩個字段：T和C，其中C用于指出主存的塊可以映射的Cache的塊。一般來講，主存的塊數是Cache的塊數的整數倍，也就是說主存的塊數2M和Cache的塊數2C滿足關系式：2Mn2C 在直接相聯映射方式下，標志號T是隨Cache的每個塊一起存儲的，其地址轉換過程如圖4-31所示。 圖4-31直接相聯映射的地址轉換 當一個主存塊調入Cache中時，會同時將主存地址的T標志存入Cache塊的標志字段中。當CPU送來一個訪存地址時，首先，根據該主存地址的C字段找到Cache的相應塊，然后將該塊標志字段中存放的標志與主存地址的T標志進行比較，若相符，說明主存的塊目前已調入該Cache塊中，則命中，于是使用主存地址的W字段訪問該Cache塊的相應字單元；若不相符，則未命中，于是使用主存地址直接訪主存。 直接相聯映射方式的優點是比較電路最簡單，但缺點是Cache塊沖突率較高，從而降低了Cache的利用率。由于主存的每一塊只能映射到Cache的一個特定塊上，當主存的某塊需調入Cache時，如果對應的Cache特定塊已被占用，而Cache中的其它塊即使空閑，主存的塊也只能通過替換的方式調入特定塊的位置，不能放置到其它塊的位置上。 3. 組相聯映射 以上兩種方式各有優缺點，而且非常有趣的是，它們的優缺點正好相反，也就是說，對于全相聯映射方式來說為優點的恰是直接相聯映射方式的缺點，而對于全相聯映射方式來說為缺點的恰是直接相聯映射方式的優點。那么，可否找到一種能較好地兼顧這兩種方式的優點的映射方式呢？下面我們就來看看組相聯映射方式 在這種方式下，將Cache分成2u組，每組包含2v塊。主存的塊與Cache的組之間采用直接相聯映射，而與組內的各塊則采用全相聯映射。也就是說，主存的某塊只能映射到Cache的特定組中的任意一塊。主存的某塊j與Cache的組k之間滿足如下關系：kj mod 2u （4.3） 設主存共有2s2u塊（即Ms+u），則它們的映射關系如下圖4-32示。 圖4-32組相聯映射方式 圖中，主存的塊0、2u、2u1、(2s-1)2u可以映射到Cache的第0組的任意一塊，主存的塊1、2u+1、2u1+1、(2s-1)2u+1可以映射到Cache的第1組的任意一塊， ，主存的塊2u-1、2u1-1、2M-1可以映射到Cache的第2u-1組的任意一塊。 在組相聯映射方式下，CPU的訪主存地址和訪Cache地址分別為如下形式：其中，u為Cache的組號，v為組內的塊號。Cache的塊號Cu+v，而主存的塊號Ms+u。也就是說，主存塊地址的后u位指出了主存的這一塊所能映射的Cache的組。 與全相聯映射方式類似的是，在組相聯映射方式下，主存地址到Cache地址的轉換也是通過查找一個由相聯存儲器實現的塊表來完成的，其形成過程如圖4-33所示。 圖4-33組相聯映射的地址轉換 當一個主存塊