直接映射缓存与全相联缓存的区别

Question

我不太明白这两个缓存之间的主要区别，想知道是否有人可以帮助解释一下?

我知道在全关联缓存中，一个地址可以存储在标记阵列的任何一行，而直接映射缓存每行只能有一个地址。

但那就是我所知道的全部内容。

- madcrazydrumma

Answer 1

简而言之，您基本上已经回答了自己的问题。这是两种不同的缓存组织方式（另一种是“n路组相联”，结合了两者，并且在现实世界的CPU中最常用）。 直接映射缓存更简单（只需要一个比较器和一个多路复用器），因此更便宜、工作更快。给定任何地址，很容易确定它可以在缓存中的哪个条目中找到。使用DM缓存的一个主要缺点是称为冲突失误，当两个不同的地址对应于缓存中的一个条目时。即使缓存很大并且包含许多过时的条目，也不能简单地驱逐它们，因为地址确定了缓存内的位置。 全相联缓存要复杂得多，它允许将地址存储到任何条目中。但是，这是有代价的。为了检查特定地址是否在缓存中，必须比较所有当前条目（确切地说是标记）。此外，为了保持时间局部性，它必须具有淘汰策略。通常实现LRU（最近最少使用）的近似方法，但这也会在方案中增加额外的比较器和晶体管，并且当然需要一些时间。

完全相联缓存对于小型缓存是实用的（例如，某些英特尔处理器上的TLB缓存是完全相联的），但这些缓存很小，真的很小。我们最多只能谈论几十个条目。

即使是L1i和L1d缓存也更大，并需要组合方法：缓存被分成集合，每个集合包含“路”。集合是直接映射的，并且在其内部是完全相联的。“路”的数量通常很小，例如在英特尔Nehalem CPU中有4路（L1i），8路（L1d，L2）和16路（L3）集合。 N路组相联缓存基本上解决了时间局部性问题，并且在实践中使用起来并不复杂。

我强烈推荐加州大学伯克利分校2011年的“计算机科学61C”课程，可在Archive上获得。除其他内容外，它还包括关于内存层次结构和缓存实现的3个讲座。

这门课程还有一份2015年的版 免费在YouTube上提供。

- Maxim

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该课程已不再在YouTube上提供，但您仍然可以通过搜索“UC Berkeley计算机科学61C 2011”找到它。这是最新的有效链接：https://archive.org/details/ucberkeley-webcast-PLB96D778365083506 - Maxim

Answer 2

直接映射高速缓存是一种每个集合只有一行的高速缓存类型，这意味着例如在第一行中A坐在另一行B坐在等等，但在完全关联的高速缓存中只有一个集合，所有块都随机分布，我们不知道A和B坐在哪一行，希望您能理解，如果不理解，请参考RE BRYANT程序员的角度。

- shubhang drolia