2、直接映象及其变换

　　直接映象方式是一种最简单的方法。主存中的一块只能映象到Cache的一个确定块中。假设主存的块号为B，Cache的块号为b，则它们之间的映象关系可以表示为：
　　　　b＝B mod　
　　其中，是Cache的块数。
　　直接映象方法的映象关系如图3.31所示。把主存按Cache的大小分成区，在一般情况下，主存的容量是Cache容量的整倍数。主存每一个分区内的块数与Cache的总块数正好相等。直接映象方式只能把主存各个区中相对块号相同的那些块映象到Cache中同一块号的那个确定块中。例如，主存的块0只能映象到Cache的块0中，主存的块1只能映象到Cache的块1中。同样，主存区1中的块（在区1中的相对块号是0）也只能映象到Cache的块0中。另外，是主存的块数，Me是主存的区数。
　　根据前面给出的地址映象规则，整个Cache地址与主存地址的低位部分是完全相同的。在图3.32中，主存地址中的块号B与Cache地址中的块号b是完全相同的。同样，主存地址中的字内地址W与Cache地址中的块内地址w也是完全相同的。主存地址比Cache地址长出来的部分称为区号E。
　　在程序执行过程中，当要访问Cache时，为了实现主存块号到Cache块号的变换，需要有一个存放主存区号的小容量存储器。这个存储器的容量与Cache的块数相等，字长为主存地址中区号E的长度，另外再加一个有效位。

图3.31 直接相联映象方式

图3.32 直接相联地址变换

　　直接映象方式的地址变换过程如图3.32所示。首先用主存地址中的块号B去访问区号存储器（按地址访问）。把读出来的区号与主存地址中的区号E进行比较，根据比较结果和与区号在同一存储字中的有效位情况作如下处理：
　　如果区号比较结果相等，有效位为"1"，则Cache命中，表示要访问的那一块已经装到Cache中了，这时的Cache地址是正确的。用这个Cache地址去访问Cache，把读出来的数据送往CPU。其它情况均为Cache没有命中，或称为Cache失效，表示要访问的那个块还没有装到Cache中，这时，要去访问主存储器，把读出来的一个字送往CPU。同时，把包括被访问字在内的一块都从主存储器中读出来。
　　如果区号比较结果相等，有效位为"0"，表示Cache中的这一块已经被作废，这时，要把从主存中读出来的新块装到Cache中，并且把有效位置"1"即可。如果区号比较结果不相等，有效位为"0"，表示Cache的这一块是空的。这时，只要把从主存中读出来的新块装到Cache中，并把有效为置"1"即可。另外，还要把主存区号写到区号存储器的相应单元中。
　　如果区号比较结果不相等，有效位为"1"，表示原来在Cache中存放的那一块是有用的，这时，必须先把Cache中的这一块写回到主存储器中原来存放它的存储单元中，腾出地方来，才能把从主存中读出的新块装到Cache中。另外，也要把主存区号写到区号存储器的相应单元中。