前面我們提到過，在Cache與主存之間的映射過程當中，當遇到已有的主存塊的時候，我們的操作是直接進行替換的。因爲對於直接映射來說，每一個主存塊都對應映射到固定的一個Cache行中，因此在替換的過程中，也就不需要什麼替換算法了，直接進行替換就好。
替換算法
其他的兩種方式，都需要考慮替換算法
常見的替換算法有：
- FIFO算法：即先進先出的算法，選擇最早調入Cahce的字塊進行替換，這種方式實現簡單。但是由於總是以最早調入的Cache塊爲替換目標，沒有按照程序的局部性進行。所以並不能提高Cache的命中率。因爲最早調入的信息，以後可能還會用到。
- LRU算法：近期最少使用算法，這種做法替換的是近期用的最少的字塊，較好的利用了局部性原理，但是需要時刻記錄Cache各個字塊的使用情況，以便確定那哪個字塊是近期最少使用的。
- LFU算法：將一段時間內訪問次數最少的存儲塊換出，每行設立一個計時器，每訪問一次，計時器的數值加1，替換的時候，將最數值最小的Cache塊替換出去。
- Rand算法：顧名思義，隨機替換。
注意：Cache對於用戶來說是透明的，用戶編程的時候，所用的地址是主存地址，用戶並不知道這些主存塊是否已經調入了Cache塊中，因爲主存與Cache之間的替換是由機器自動實現的。
Cache寫策略
Cache的寫操作比較複雜，因爲對Cache塊內寫入信息，必須與映射的主存塊內的信息完全一致，那麼如何使得cache與主存的內容一致呢？目前常用的方式有以下兩種：
- 全寫法（write—through）：又稱寫直達法，即在進行寫操作的同時，寫入Cache和主存，這樣主存中的數據與Cache中的數據就能時刻保持一致。但是這樣會導致訪存次數的增加。
- 寫回法（write—back）：即寫操作的時候，只把數據寫入Cache中，待到Cache塊要被換出的時候，再寫出到主存中，，爲了識別Cahce中的數據是否與主存中的一致，於是在Cache中每一塊都增設一個標誌位（也稱爲“髒”位）。髒位有兩種狀態，清：表示未被修改過，這個塊當然也與主存間的數據塊的內容一致了；濁：則表示被修改過，內容與主存不一致，於是替換算法就將此塊替換出去。並將濁位置爲清。顯然在計算機中用0和 1 來表示這兩種狀態
而上面的兩種狀態，都是對應於寫命中的情況（也就是CPU要寫的單元都在Cache上面），那麼當CPU訪問的數據塊不在Cache中，那又該如何？我們也常常有兩種做法：
- 寫分配法：加載主存的塊到Cache中，然後更新這一塊。（所以常常跟寫回法一同使用 ）
- 寫不分配法：對應於上面的做法，這個做法就是隻是將要修改的內容寫入到主存塊而已，不進行與Cache之間的調塊
Cache的改進
Cache的特性決定了它不能大容量的存儲，所以目前我們普遍採用多個Cache，主要的改進方面有1，增加Cache的級數。2將統一的Cache變成分立的Cache。於是有了多級緩存的概念。將緩存分爲多個級別，越接近CPU，速度就越快，容量也就越小。所以指令Cahce和數據Cache一般都在L1（靠近CPU）的那一級別。隨着集成電路的發展，又把一級緩存直接與CPU做 在同一個芯片上，稱爲片內緩存。其他的稱之爲片外緩存。
下面來看一道Cahce——主存映射的題目
其實有三問，但是我們只需要瞭解一問就好了。接下來讀題：
第一，主存容量爲16mb，也就是2的24次方b，所以主存地址的總字段長度爲24位。（不然表示不了那麼多的地址）
第二，Cache容量的爲8kb，根據前面的數據，我們可以知道這個機器是用字節存儲的，所以每個字塊8個字，每個字32位。32位就是4個字節，即8 X 4B.,所以塊內地址一共需要5位。
第三，我們要確定組內地址，也就是說Cache要被分成幾組。我們剛剛得到了塊內的地址，那麼這個時候我們就知道了Cache一共有8kb/2^5 =2的8次方，也就是2的8次方塊。
於是的得出組數爲：2的8次方除以4（4塊爲一組） = 2的6次方。
所以組內地址字段爲6.
第四，用總長度減去已知的兩個長度，於是得到標記字段。
