1. 主存块与Cache块的结构基础#

在408考研计算机组成原理考点中，主存与Cache均以**块（行）**作为数据交换的最小单位：

• 主存会被划分为若干连续的主存块，每个主存块大小固定，主存地址可拆分为「主存块号」和「块内偏移量」两个字段，其中块内偏移位数由块大小决定，即 $偏移位数 = \log_2(块大小)$。
• Cache同样划分为若干Cache块，Cache地址拆分为「Cache块号」和「块内偏移量」，由于二者块大小一致，块内偏移位数与主存地址的偏移位数完全相同。
• 核心映射考点分为三类：
  1. 直接映射：主存块 $i$ 只能映射到Cache块 $i \mod C$（$C$为Cache总块数），结构简单但冲突率高；
  2. 全相联映射：主存任意块可放入Cache任意块中，灵活性强但标记位开销大；
  3. 组相联映射：折中方案，将Cache划分为$G$组，主存块 $i$ 映射到第 $i \mod G$ 组，组内采用全相联映射，是考研最常考察的映射方式。

2. Cache常见替换算法#

替换算法是Cache命中率的核心影响因素，考研高频考察以下4种：

1. 随机替换（RAND）：随机选择Cache中的一块进行替换，实现简单但未考虑局部性原理，命中率较低，仅作为基础概念考察。
2. 先进先出（FIFO）：替换最早调入Cache的块，未考虑块的使用频率，可能误替换高频使用的块，存在”抖动”问题。
3. 最近最少使用（LRU）：替换最近一段时间内访问次数最少的块，完美契合程序局部性原理，是考研核心考点，常考察LRU的栈实现、计数器实现以及命中率计算。
4. 最不经常使用（LFU）：替换累计使用次数最少的块，易淘汰长期未使用但近期频繁访问的块，实际应用较少，考研多作为对比考点出现。 此外近似LRU的时钟替换算法也是部分院校的考察点，核心通过标记位记录块的访问状态实现近似LRU。

3. 核心计算题型#

本次学习重点练习了两类计算：

1. 地址字段划分计算：根据主存容量、Cache容量、块大小，计算主存地址各字段（标记位、组号、块内偏移）的位数；
2. Cache性能计算：平均访问时间公式为 $T_{avg} = H \times T_c + (1-H) \times (T_c + T_m)$，其中$H$为Cache命中率，$T_c$为Cache访问时间，$T_m$为主存访问+块传输时间，也就是缺块后的访问开销。