當用虛地址訪問主存時，機器自動地把它經(jīng)輔助軟件、硬件變換成主存實地址。查看這個地址所對應的單元內(nèi)容是否已經(jīng)裝入主存，如果在主存就進行訪問，如果不在主存內(nèi)就經(jīng)輔助軟件、硬件把它所在的那塊程序和數(shù)據(jù)由輔存調(diào)入主存，而后進行訪問。這些操作都不必由程序員來安排，也就是說，對應用程員員是透明的。 主-輔存層次解決了存儲器大容量要求和低成本之間的矛盾。 在速度方面，計算機的主存和CPU直保持了大約一個數(shù)量級的差距。顯然這個差距限制了CPU速度潛力的發(fā)揮。為了彌合這個差距，僅采用一種工藝的單一存儲器是行不通的，必須進一步從計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和組織上去研究。設置高速緩沖存儲器(Cache)是解決存取速度的重要方法。在CPU和主存中間設置高速緩沖存儲器，構(gòu)成高速緩存(Cache)-主存層次，要求Cache在速度上能跟得上CPU的要求。Cache-主存間的地址映象和調(diào)度吸取了比它較早出現(xiàn)的主-輔存存儲層次的技術(shù)，不同的是因其速度要求高，不是由軟、硬件結(jié)合而完全由硬件來實現(xiàn)。

地址映象是指某一數(shù)據(jù)在內(nèi)存中的地址與在緩沖中的地址，兩者之間的對應關系。下面介紹三種地址映象的方式。1.全相聯(lián)方式地址映象規(guī)則：主存的任意一塊可以映象到Cache中的任意一塊(1) 主存與緩存分成相同大小的數(shù)據(jù)塊。(2) 主存的某一數(shù)據(jù)塊可以裝入緩存的任意一塊空間中。如果Cache的塊數(shù)為Cb，主存的塊數(shù)為Mb，則映象關系共有Cb×Mb種。目錄表存放在相關(聯(lián))存儲器中，其中包括三部分：數(shù)據(jù)塊在主存的塊地址、存入緩存后的塊地址、及有效位(也稱裝入位)。由于是全相聯(lián)方式，因此，目錄表的容量應當與緩存的塊數(shù)相同。優(yōu)點：命中率比較高，Cache存儲空間利用率高。缺點：訪問相關存儲器時，每次都要與全部內(nèi)容比較，速度低，成本高，因而應用少。2.直接相聯(lián)方式地址映象規(guī)則： 主存儲器中一塊只能映象到Cache的一個特定的塊中。

(1) 主存與緩存分成相同大小的數(shù)據(jù)塊。(2) 主存容量應是緩存容量的整數(shù)倍，將主存空間按緩存的容量分成區(qū)，主存中每一區(qū)的塊數(shù)與緩存的總塊數(shù)相等。(3) 主存中某區(qū)的一塊存入緩存時只能存入緩存中塊號相同的位置。主存中各區(qū)內(nèi)相同塊號的數(shù)據(jù)塊都可以分別調(diào)入緩存中塊號相同的地址中，但同時只能有一個區(qū)的塊存入緩存。由于主、緩存塊號相同，因此，目錄登記時，只記錄調(diào)入塊的區(qū)號即可。主、緩存塊號及塊內(nèi)地址兩個字段完全相同。目錄表存放在高速小容量存儲器中，其中包括二部分：數(shù)據(jù)塊在主存的區(qū)號和有效位。目錄表的容量與緩存的塊數(shù)相同。優(yōu)點：地址映象方式簡單，數(shù)據(jù)訪問時，只需檢查區(qū)號是否相等即可，因而可以得到比較快的訪問速度，硬件設備簡單。缺點：替換操作頻繁，命中率比較低。3.組相聯(lián)映象方式組相聯(lián)的映象規(guī)則：(1) 主存和Cache按同樣大小劃分成塊。(2) 主存和Cache按同樣大小劃分成組。(3) 主存容量是緩存容量的整數(shù)倍，將主存空間按緩沖區(qū)的大小分成區(qū)，主存中每一區(qū)的組數(shù)與緩存的組數(shù)相同。(4) 當主存的數(shù)據(jù)調(diào)入緩存時，主存與緩存的組號應相等，也就是各區(qū)中的某一塊只能存入緩存的同組號的空間內(nèi)，但組內(nèi)各塊地址之間則可以任意存放，即從主存的組到Cache的組之間采用直接映象方式;在兩個對應的組內(nèi)部采用全相聯(lián)映象方式。主存地址與緩存地址的轉(zhuǎn)換有兩部分，組地址是按直接映象方式，按地址進行訪問，而塊地址是采用全相聯(lián)方式，按內(nèi)容訪問。組相聯(lián)的地址轉(zhuǎn)換部件也是采用相關存儲器實現(xiàn)。優(yōu)點：塊的沖突概率比較低，塊的利用率大幅度提高，塊失效率明顯降低。缺點：實現(xiàn)難度和造價要比直接映象方式高。