Appearance
Cache 与虚存：这一类题只在做一个动作——从低位切地址（专题总纲）
Intro
Cache 是一章，虚拟存储是另一章，TLB 又是虚存里的一节。翻书的时候它们隔得很远，做题的时候你会发现三块的动作一模一样。
而且这类题有个特点：一问一算，前一问的结果就是后一问的输入。 地址位数在第一问算错，后面的命中率、平均访问时间、缺页次数会连着一起塌。所以这个专题的地基只有一件事——把地址切对。
（地基之上还叠着两层：数命中、算时间与带宽。少数年份甚至整题都在第三层上，一个地址都不用切——2012、2013 那两道就是。）
地址是被从低位切开的
一个地址永远只表达两件事：哪一块，和块内第几个字节。
低位那一段（块内偏移）的宽度只由一件事决定：块有多大。切完之后，高位那一段是「哪一块」，再按映射方式往下分：
| 场景 | 低位 | 高位怎么再分 |
|---|---|---|
| 直接映射 Cache | 块内偏移 | 块号 → Tag + 行号 |
| 组相联 Cache | 块内偏移 | 块号 → Tag + 组号 |
| 分页 | 页内偏移 | 页号（多级页表再切一次） |
| TLB | —— | 虚页号 → TLB 标记 + TLB 组号 |
最后一行是这个专题的枢纽：TLB 就是存页表项的 Cache，虚页号的切法和 Cache 切块号的切法是同一套。2021 年那道题问的就是这件事——把它当 Cache 看，题目瞬间变熟。
所以这三章讲的是同一个机制，在三个尺度上重复了三遍：都是用一张小的快表，缓存一张大的慢表的一部分。
切地址的三条铁律
- 永远从低位往高位切。 只有低位的含义是固定的（偏移由块大小决定），高位怎么分要看映射方式。反着切必错。
- 命中要同时满足两个条件：有效位 = 1，且标记匹配。 只对了一个就是不命中——这一条在多道真题里被单独列成陷阱，答题时两个都要写出来。
- 算 Cache 总容量时不只是数据区，还要加上标记位和有效位；脏位与替换算法的位则看题面——写直达就没有脏位，而有的年份题面会明写「不考虑一致性维护和替换算法的控制位」，那就真的不算。问「总容量」和问「数据区容量」是两个数，问之前先看题面圈了哪些。
一个反复出现的结构：页内偏移和 Cache 索引重合
有两道真题直接拿这一点设问、另有几道结构上具备：Cache 的（组号 + 块内偏移）位数 ≤ 页内偏移位数时，这几位在虚地址和物理地址里是同一份——页内偏移翻译前后不变。
于是可以不等 TLB 翻译完，就先拿虚地址的低位去查 Cache 的组，查组和地址翻译并行进行。
判断方法很机械：把两个位宽写出来比一下。比如页 4 KB（页内偏移 12 位）、Cache 共 64 行 4 路组相联（= 16 组，组号 4 位）、块 64 B（块内偏移 6 位）——索引一共 4 + 6 = 10 位，10 ≤ 12，成立。
但它不是必然成立的。 有的年份页 8 KB（13 位）、Cache 512 组 64 B 块（9 + 6 = 15 位），15 > 13，这条路就走不通。每道题都要现算一遍，别当成定理。
怎么下笔：先切地址，再叠时间账
- 先写下三个数：块（页）多大、一共多少块或多少组、地址多少位。切法只由它们决定，跟题目讲的故事没关系。
- 从低位切：偏移 → 组号 / 行号 → 标记。把每段的位数标在图上再往下做。
- 往上叠时间账：先算全命中时的基线时间，再把「缺失次数 × 每次缺失的额外代价」加上去。命中率、平均访问时间、CPU 执行时间、主存带宽够不够，全是这一个式子的变形。
必错点：单位
这一类题失分的主要来源不是不理解，而是单位。下笔前确认两件事：
- 按字编址还是按字节编址。 按字编址时，块大小要先换算成"多少个字"再取对数。
- 首地址对齐了吗。 首址不是块大小的整数倍时，同样长度的数组会多跨一个块、多跨一页——2025 年那道题的核心陷阱就在这里，块数和页数都要 +1。
一道题的答卷长什么样
配置取 2019 年那道题：32 位地址、块 64 B、Cache 共 64 行 4 路组相联、页 4 KB。 卷面上真正要写的就这几行：
① 字段划分（从低位往高位切）
块内偏移 = log₂64 = 6 位 → [5:0]
组 数 = 64 行 ÷ 4 路 = 16 组
组 号 = log₂16 = 4 位 → [9:6]
标 记 = 32 − 4 − 6 = 22 位 → [31:10]
② 判两条指令是否在同一页（题面给的是 00401000H 与 0040104AH）
页 4 KB → 页内偏移 12 位 → 比高 20 位
两者高 20 位均为 00401H → 同页
③ 判某条指令落在哪一组（题面给的是 00401025H）
取 [9:6] 四位：025H = 0000 0010 0101B，[9:6] = 0000B
→ 只可能在第 0 组命中
（4 + 6 = 10 ≤ 12，索引落在页内偏移之内，虚实一致，不用等翻译）三步都要落到纸上，尤其是 ① 那张位数表——后面每一问都回来查它。注意 ② 比的是「高 20 位」 （由页大小决定）而 ③ 取的是「[9:6]」（由 Cache 配置决定），两个数来源不同，别混用同一组位宽。
判命中还有一条通用要求：有效位 = 1 且标记匹配，两个条件都要写出来——这道题没问，但别的年份问。
真题的三种形态
12 道真题按下笔套路分三组。
第一组 · 切地址
题目给你一堆配置参数，要你算出各字段的位数、写出映射关系、判断命中。这一组是全专题的地基，另外两组都建在它上面。
值得单独留意的是从题图反向解读的那种问法：给一张 Cache 或 TLB 的结构图，让你反推出这是几路组相联、用的什么替换策略。判断依据很固定——每项都有独立比较器就是全相联，每组画了两行就是 2 路。
⚠️ 但「脏位」这一项是反过来的：题面先告诉你用回写策略，再让你推出每行还得加一个脏位。别当成看到脏位去反推回写。
第二组 · 数命中
给一段循环，问命中率是多少。命中率要画出来数： 把访问顺序和块边界对在一起——一个块里第一次访问必然缺失，其余的在这个块被换出去之前都命中。
这一组真正的考点是空间局部性有没有被访问顺序破坏：数组按行存放却按列访问，如果一行的长度超过 Cache 数据区，就会反复冲突替换，命中率归零；而组相联的路数够宽时，即使按列访问，只要每组的工作集不超过路数就不会替换，命中率照样很高。所以「按列访问 = 命中率低」是错的结论，得看组和路数。
第三组 · 算时间与带宽
命中率算出来之后往上叠一层：平均访问时间、CPU 总执行时间、主存带宽够不够、要不要上多体交叉、DMA 该不该优先于 CPU。
这一组的固定套路是把时间拆成「基线 + 额外开销」：先算全命中时的时间，再把缺失次数 × 每次缺失的额外代价加上去。多体交叉的部分要记住启动是重叠的，不是简单相乘。
交卷前扫一眼
先切地址 · 判命中要「有效位 + 标记」两条件 · 容量看题面圈了哪些位 · 认编址单位与首址对齐
配套内容
逐题精讲（建设中，将按上面三组展开）——真题作答与 AI 判分入口见站内大题专题。
基础没打牢的，先回这几篇：
只作为一小问出现、没有整题考过的（分值不高，但多数年份都会冒头）：
- Cache 写策略——写回 / 写直达与写分配的配对，通常和「有没有脏位」绑在一起问
- Cache 替换算法——LRU 位要几位、TLB 命中时要不要更新 LRU 顺序
（Cache 性能分析不在此列——它就是上面第三组的全部内容，是整题级别的考点。）