直接映射、全相联映射和组相联映射

CPU的性能越来越高，缓存的作用越来越重要。缓存空间虽然有限，但是缓存的命中率可以大大提高CPU性能。缓存中，映射算法是决定缓存命中率和数据访问速度的重要因素。在计算机学习中也用到了相似的映射方法。这里我们主要介绍三种映射算法——直接映射、全相联映射和组相联映射。

直接映射

直接映射就是主存地址和缓存块地址有特定的对应关系。其中，“直接”意味着一个主存块只能映射到一个缓存块中。为了实现这种映射方式，一个主存地址需要分割成三个部分：缓存索引（Cache index）、块内偏移（Byte offset）和标记（Tag）。

由于直接映射的算法开销较小，而且实现比较简单，所以在一些小型高速缓存和控制器中广泛使用。

全相联映射

在全相联映射中，所有的主存块都可以映射到任意一个缓存块中。全相联映射中每个缓存块都有相同的标记，并且没有缓存索引或块内偏移。相对于直接映射，全相联映射有更快的访问速度和更高的命中率，但开销更高。

组相联映射

在组相联映射中，缓存被划分为多个集合（set），每个集合中包含了若干个缓存块。每一个主存块有且只有一个集合可以映射到，而每个集合中只有一个缓存块可以命中相应的主存块。组相联映射是直接映射和全相联映射的折中方案，可以在速度和命中率之间找到平衡点。

从缓存与主存之间的映射方式来看，直接映射是最简单和最快捷的方案，但是容易产生缓存块的抖动现象，导致缓存命中率较低。而全相联映射方式的实现开销较高，但是命中率最高，可以有效地减少缓存和主存之间的抖动。组相联映射方案是直接映射和全相联映射的混合，能够在命中率和访问速度之间找到最佳平衡点。