1.目的
解决CPU与主存速度不匹配 的问题。
2.工作原理
CPU发出访存地址。地址格式为 主存地址格式。
访存地址被cache与主存同时接受。cache接受前经过地址映射与转换机构，用于判断是否命中。
若命中，直接从cache取出数据；
若未命中，从主存提取数据，并将数据装入cache。（若cache空间不足，设计替换策略）
CPU与cache和主存间交换数据以 字/字节 为单位
cache与主存之间交换数据以 块为单位
3.地址映射：
全相联映射， 直接映射， 组相联映射
1）.全相联映射
• 主存与cache 块间随机映射
• 最灵活，cache利用率最高，成本最高
• 主存地址 = 块地址（高m位） + 块内地址（低n位）
cache地址 = 块地址（高c位） + 块内地址（低n位）
•目录表 记录映射关系：
主存块号 - cache 块号 - 有效位
2）.直接映射
• 主存块映射到cache固定块，主存按照cache大小分区，区内块数相同。映射关系： j = i % 2^c
• 简单，快。不灵活
• 主存地址 = 区号（高t位） + 区内块号（中c位） + 块内地址（低n位）
cache地址 = 块地址（高c位） + 块内地址（低n位）
•区表 记录映射关系：
区号 - 有效位
•备注
♦主存第 i 块 调入cache 第 i 块
♦主存与cache块号相同，使得在登记区表时，只需记录块所在区号
♦访存地址 块号 字段存储块号 i ，在区表的第 i 个存储字（表示cache第 i 块）中取出区号，与访存地址区号字段比较。
♦cache 共 2^c 块，区表共 2^c 个存储字
3）.组相联映射
• 主存按cache大小分区，与cache按相同大小区内分组，组内块数相同。组间直接映射，组内全相联映射。
• 主存地址 = 区号（s位） + 组号（U位） + 组内块号（v'位） + 块内地址（低n位）
cache地址 = 组号（U位） + 组内块号（v位） + 块内地址（低n位）
•块表 记录映射关系：
区号 - 组号 - 组内块号 - 有效位
•备注
♦区号组号共同作为判断命中标志
4.替换算法
1）.cache无空间时，替换出旧块，装入新块。
2）.
•随机算法（RAND法）：
不考虑块使用情况，随机替换
易实现，速度快。降低命中率和cache工作效率。
•先进先出法（FIFO）：
不考虑块使用情况，先进者先被替换。
装入块计数为0，其他块计数加一，替换计数最大者
•最近最少未使用（LRU）：
•最不经常使用（LFU）：
替换后，所有计数器清零
替换计数最小者
5.写回策略
1).保证一致性：
CPU写cache，未及时写主存；
I/O写主存，为及时写cache。
2）.写策略：
•写直达（Write through）
写cache同时写主存；
频繁访存，降低平均访存时间
使用 不按写分配法（cache不命中，只写主存）
•写回法（Write Back）
简单写回（不管是否更新，一律写回） 、 标志位写回（只写回更新过的块）
使用 按写分配法（cache不命中，写主存后，装入cache）