高速缓冲存储器Cache中所采用的主要技术及实现
在Cache的设计中，主要涉及到三个方面的问题：地址映像、替换算法及写入策略。下面就其中的一些主要问题加以说明，以便加深对Cache工作原理的理解。
(1)地址映像
地址映像用来确定主存的数据块和Cache的槽号（槽号就是在Cache中所存放的各个数据块的逻辑编号)之间的对应关系。Cache中通过地址映像把主存中的所需数据块地址转换成Cache中某一个槽的位置，以确定一个主存的数据块应放到Cache的哪一个槽中。Cache中的这种地址映像功能，要求速度极快，所以完全用硬件来实现。
用于实现地址映像的算法主要有3种：直接地址映像、全相连地址映像和组相连地址映像。下面以一个简单的例子来概要说明这3种算法的实现过程。
假设在某个计算机系统中Cache的容量为1K字节，数据块的大小为8个字节，故此Cache中所需的槽数C=1024/8=128:主存容量为64K字节，按字节编制26=64K,故主存的地址空间为16位译码，主存中所含数据块的总数为M=64K/8=8K。
1)直接地址映像
直接地址映像是最简单的映像方法，它利用“模取余”的方法实现。采用直接地址映
像时，主存的每个数据块只允许放到Cache中的一个特定的槽中。地址映像的算法公式为：
S=A mod C
其中，S为Cache中的槽号：A为主存地址中数据块的编号：C为Cache中槽的总数。在此例中C=128,S=Amod128,故此主存中的第0,128,256，.等数据块只允许放到Cach中的第0号槽中，主存的第1,129,257,385，…号只允许放到Cache的第1号槽中，依次类推，直到主存的第127,255,511，…号数据块只允许放到Cache的第127号槽中。主存地址16位中，最右边的3位用来对数据块内部各个字节的译码（因为数据块的大小为8字节，23=8)，其余13位用于主存中数据块的编号译码（共有23=8K个数据块），在这13位中右边的7位指明Cache中用来存放主存块的槽号S,左边的6位是标签数，用来放在Cache槽中的“标签”部分。对于放在同一个Cache槽号中的主存中的数据块就是通过它们在Cache中的这种逻辑“标签”号来相互区分的。
在读数据时，Cache从CPU中得到16位的主存地址，其中用7位槽号来确定Cache中一个特定的槽，再用主存地址最左边的6位标签数，同这个槽中放的标签数比较。如果相符，说明这次访问的数据在Cache中，可以按主存地址最右边的3位块中的字节编码，从相应的槽内的共8个字节中取出要找的单元数据：如果不符合，则用主存地址的左13位，从主存中读取一个数据块到Cache中的特定槽中，把原来槽中的数据覆盖掉，同时按主存地址的右边3位从该块中选出特定的字节送到CPU。
直接地址映像的优点是硬件简单，制造成本低。缺点是每个主存块只能固定地放到Cache中特定的槽中，缺少灵活性，Cache的利用率很低。如果两个主存块同时放到同一个槽中就会导致冲突，这使得一些主存块要在同一个Cache槽中不断地交替存放，增加了系统I/O的次数。
2)全相连地址映像
针对直接地址映像方法的缺点是Cache利用率低、命中率低和灵活性差，所以应采用全相连地址映像加以解决。在全相连方法中，每个主存块允许放到Cache中的任何一个槽中，不像直接地址映像方法那样，只能对应固定的槽号。还以上例说明，此时主存的16位地址只分为两部分，其中13位用于主存块的标签数的译码，另外的3位用于数据块内各个存储单元的译码。采用全相连映像，在读数时，必须把所读数的主存地址中，左13位标签数与Cache中全部128个槽中存放的128个标签数依次进行比较。如果发现读数地址中的标签数，同某个槽的标签部分中的标签数相同，说明这次访问命中，所读数据在该槽的数据块中，读出并送到CPU:否则必须从主存中首次读取。
全相连地址映像的优点是，主存数据块能灵活地写入Cache中的任何一个槽中，数据
块之间的冲突小，命中率高，Cache的空间利用率高。它的惟一缺点就是逻辑电路的设计十分复杂，制造成本高。