关于#c++#的问题：用C++编程实现主存-Cache地址映射(附运行成功截图+注释)

Question

用C++编程实现主存-Cache地址映射(直接映射，组相联映射，全相联映射)(附运行成功截图+注释)

Answer 1

代码整体思路，大致流程：
1、定义主存和Cache的大小，以及Cache的块大小。
2、定义一个数组来表示主存，数组的每个元素表示一个主存的字。
3、定义一个二维数组来表示Cache，每个元素表示一个Cache块，每个Cache块可以存储多个字。
4、对于每个Cache块，使用一个掩码来标识哪些字是有效的。
5、对于每个访问，检查要访问的字是否已经在Cache中。如果是，则返回该字；否则，将该字从主存中读取到Cache中。
6、如果Cache已满，则选择一个最老的Cache块并将其替换为新的块。
7、实现地址映射函数，该函数将主存地址映射到Cache中的地址。
8、实现读写函数，这些函数将数据从主存或Cache中读取或写入

#include <iostream>  
#include <bitset>  
#include <vector>  
  
using namespace std;  
  
const int MEM_SIZE = 1024; // 主存大小  
const int CACHE_SIZE = 8; // Cache大小  
const int CACHE_LINE_SIZE = 4; // Cache块大小  
const int LOG_CACHE_LINE_SIZE = 2; // Cache块大小的位数  
const int LOG_MEM_SIZE = 11; // 主存大小的位数  
  
vector<bitset<LOG_CACHE_LINE_SIZE>> cache(CACHE_SIZE); // Cache数组  
vector<bitset<LOG_CACHE_LINE_SIZE>> memory(MEM_SIZE / CACHE_LINE_SIZE); // 主存数组  
vector<bool> cache_valid(CACHE_SIZE, true); // Cache块的有效位数组  
  
int get_cache_index(int addr) {  
    return addr >> LOG_CACHE_LINE_SIZE; // 计算Cache索引  
}  
  
int get_offset(int addr) {  
    return addr & (CACHE_LINE_SIZE - 1); // 计算Cache块内偏移量  
}  
  
void load(int addr, vector<bitset<LOG_CACHE_LINE_SIZE>>& cache_line) {  
    // 从主存中读取数据到Cache中  
    int index = get_cache_index(addr);  
    if (!cache_valid[index]) {  
        // 如果Cache块无效，则从主存中读取数据到Cache中  
        int offset = get_offset(addr);  
        int data = memory[index].to_ulong();  
        cache_line.clear(); // 清空Cache块中的数据  
        for (int i = 0; i < CACHE_LINE_SIZE; i++) {  
            cache_line.push_back(data & 0x1); // 将数据的一位存储到Cache块中  
            data >>= 1; // 将数据右移一位  
        }  
        cache[index] = cache_line; // 将Cache块存储到数组中  
        cache_valid[index] = true; // 设置Cache块为有效位  
    } else {  
        // 如果Cache块有效，则直接从数组中获取Cache块中的数据  
        cache_line = cache[index];  
    }  
}  
  
void store(int addr, int data) {  
    // 将数据写入主存中  
    int index = get_cache_index(addr);  
    int offset = get_offset(addr);  
    memory[index].set(offset, data & 0x1); // 将数据的一位存储到主存中  
    data >>= 1; // 将数据右移一位  
    for (int i = 1; i < CACHE_LINE_SIZE; i++) {  
        memory[index].set(offset + i, data & 0x1); // 将数据的一位存储到主存中  
        data >>= 1; // 将数据右移一位  
    }  
}