【原】计算机存储体系中主存地址和 Cache 地址之间的转换工作由谁完成

在存储体系中，位于主存与CPU之间的高速缓存（Cache）是用于存放主存中部分信息的副本，目的是提高处理器对数据的访问速度。主存地址与Cache地址之间的转换工作由一个硬件模块称为Cache控制器（Cache Controller）完成。

Cache控制器是一个专门设计的硬件模块，通常集成在CPU芯片内部或者作为独立的组件与CPU连接。它负责管理Cache的读取、写入和替换操作，以及主存地址与Cache地址之间的转换。

主存地址与Cache地址之间的转换是由Cache控制器通过使用一种称为Cache映射（Cache Mapping）的技术来完成的。Cache映射决定了如何将主存中的数据映射到Cache中的位置。

常见的Cache映射方式包括：

1. 直接映射（Direct Mapping）：每个主存地址只对应一个固定的Cache地址。这种映射方式简单且成本低，但容易发生冲突，即不同的主存地址可能映射到相同的Cache地址，导致Cache命中率下降。

2. 全关联映射（Fully Associative Mapping）：每个主存地址可以映射到任意一个Cache地址，没有固定的映射关系。这种映射方式能够避免冲突，但需要更多的硬件资源和复杂的搜索电路，导致成本较高。

3. 组相联映射（Set Associative Mapping）：将Cache划分为多个组，每个组包含多个Cache行。主存地址与Cache地址之间的映射是在每个组内进行的，一个主存地址可以映射到一个组内的任意一个Cache行。这种映射方式折中了直接映射和全关联映射的特点，可以降低冲突，同时减少硬件开销。

Cache控制器通过在Cache中进行地址映射来确定是否存在所需数据的副本。当CPU需要读取数据时，Cache控制器首先检查Cache中是否存在与请求地址对应的数据。如果存在（即命中），Cache控制器将数据传递给CPU，避免了访问主存的时间延迟。如果不存在（即未命中），Cache控制器将从主存中获取所需数据，并将其保存到Cache中，以便未来的访问。

Cache控制器还负责管理缓存的替换策略，当Cache已满时，根据一定的算法决定哪些数据应该被替换出去以腾出空间来存储新的数据。

由于Cache控制器直接与CPU和Cache之间进行数据交互，并负责地址映射和管理Cache的操作，因此它是完成主存地址与Cache地址之间转换工作的最佳候选者。它能够在硬件级别实现高效的Cache管理和数据访问，提高了存储系统的整体性能和效率。