直接映射（Direct Mapping）是一种Cache地址映射方式，其核心规则是：主存中的每个数据块只能映射到Cache中唯一确定的行（Cache line），即通过主存地址中的“索引位（Index）”直接计算出该块应存放的Cache位置。
- ✅ 优点：硬件实现简单、查找速度快（只需比较1个Cache行的标记Tag）；
- ❌ 缺点：存在**冲突失效（Conflict Miss）**风险高——即使Cache未满，若多个常用主存块映射到同一Cache行，会频繁相互驱逐，降低命中率。
例如：若Cache有64行，则主存块号 mod 64 决定其映射到哪一行；块号0、64、128…均映射到第0行。
在直接映射Cache中，主存地址被划分为三个字段：Tag（标记）、Index（索引）和Block Offset（块内偏移），划分依据由Cache的三个关键参数决定：
- Cache总大小（Capacity）：如 32 KB
- 行（Line/Block）大小（Block Size）：如 64 字节
- Cache行数（Number of Lines）：= Capacity ÷ Block Size（对直接映射，也等于“组数”，因每组仅1行）
✅ 划分规则如下（从低地址到高地址，即右→左）：
| 字段 | 位宽 | 计算方式 | 作用 |
|---|---|---|---|
| Block Offset | b=log2(Block Size)b = \log_2(\text{Block Size})b=log2(Block Size) | 由块内字节数决定 | 定位块内具体字节（如64B →b=6b = 6b=6位） |
| Index | i=log2(Number of Lines)i = \log_2(\text{Number of Lines})i=log2(Number of Lines) | 由Cache行数决定 | 直接选择Cache中哪一行（如2048行 →i=11i = 11i=11位） |
| Tag | 剩余高位 | t=主存地址总位数−i−bt = \text{主存地址总位数} - i - bt=主存地址总位数−i−b | 用于与Cache行的Tag字段比对，确认是否命中 |
🔹 示例：32位主存地址，Cache容量 16 KB，块大小 32 字节
- Block Size = 32 B →b=log232=5b = \log_2 32 = 5b=log232=5位（Offset）
- Number of Lines =16 KB÷32 B=51216\,\text{KB} ÷ 32\,\text{B} = 51216KB÷32B=512→i=log2512=9i = \log_2 512 = 9i=log2512=9位（Index）
- Tag位数t=32−9−5=18t = 32 - 9 - 5 = 18t=32−9−5=18位
因此地址格式为：[Tag: 18位] [Index: 9位] [Offset: 5位]
注意：Index字段不经过哈希或计算，而是直接作为Cache行号使用；Tag存储在Cache行中，匹配时需完全一致才命中。
