cpu的執行速度很快，cpu從memory讀取數據速度很慢，導致cpu需要等memory，爲了提高cpu的效率，根據程序的局部性原理(現在訪問的數據很有可能以後還會訪問)，引入了讀寫比較快的memory cache，cache用來存放剛剛訪問的memory的數據，這樣下次再需要從memory讀寫數據時，可以直接從cache裏面讀，速度快了很多，提高了cpu的效率。
cache比memory速度快，但是也比memory價錢貴，所以cache一般比較小，比如memory可能有4G、但cache只有64k。既然cache不能存放所有的memory數據，那memory中的數據應該存放在cache的什麼位置呢？希望達成的效果是最近經常訪問的數據都在cache裏面，並且查找也要快速。
考慮下面一個程序，假設這個程序在memory中的存放如下圖1，這個時候在運行程序的時候肯定是希望code和data都被cache。爲了達到這個目標，有3種方案可以選擇，圖2直接映射，圖3全相聯映射，圖4組相聯映射。
int a = 0;
int main()
{
while(a < 100) {a++;}
}
圖1 程序的內存分佈
圖2 直接映射
假設cache有4個cache line，memory比較多，另外各圖的方框表示的空間大小相同，即一個memory的方框和一個cache的方框(cache line)大小相同。
直接映射，就是把memory按照cache line的數量分組，有4個cache line，那麼memory每4個一組，每一組直接對應cache的相應line。memory第一組的0-3分別映射到cache的line 0-3。第二組的4-7分別映射到cache的line 0-3。
通過直接映射，code被放到了cache line 0和1，data也被映射到了cache line 0。這個時候的問題是，執行代碼的時候命中cache，讀寫數據的時候不命中，然後更新cache，把cache的內容換爲data。再執行的代碼的時候發現code被從cache中移除了，導致cache不命中，然後又更新cache，換成code。讀寫數據的時候就又會cache不命中，更新cache；然後又代碼cache不命中....嗯，需要嘗試一下其他的映射方式了
圖3 全相聯映射
全相聯映射，不規定memory在cache中的位置了，隨意放。比如memory 0可以放在任意的cache line。其他memory也是，所有的cache line都可以放。
通過全相聯映射，可能的結果是1）code放在了cache line 0 & 1，data放在了cache line 2，也可能2）code 0放在cache line 3，code 1放在cache line 2，data放在cache line 0。至少都在cache裏面了。存在的問題是，當cpu拿着內存地址來找是否在cache中時，就會比較費力了。只拿着一個內存地址來找cache的話，只能把cache遍歷一遍了，不太好。嗯，再考慮另外一種映射方案吧
圖4 組相聯映射（每組2個爲例）
組相聯映射，希望可以把程序都放在cache，同時希望查找要方便。回想直接映射的時候，因爲memory 0和memory 4都映射到了cache line 0，所以導致頻繁的cache不命中/更新。如果cache line 0可以同時把memory 0和memory 4都保存了，就會一直cache命中了……
但是一個cache line只能存放一個memory方框的內容(因爲一個cache line的大小等於一個memory方框的大小)，怎麼辦呢？考慮把cache line 0和cache line 1當成一個大的cache line吧，也就是把兩個相鄰的cache line當作一組、組成一個大的cache line，然後採用直接映射。
這樣，之前的4個cache line變成了2個大的cache line，按照直接映射的規則，把memory按照cache line的數量分組，有2個大的cache line，那麼memory每2個一組，每一組直接對應cache的相應line。這樣memory第一組的0-1分別映射到大cache line 0-1(組0和組1)，第二組的2-3分別映射到大cache line 0-1，第三組的4-5分別映射到大cache line 0-1。
映射到大的cache line之後需要決定具體放到哪個小的cache line，這個時候是隨意的，哪個都可以。比如memory 0映射到組0(大的cache line 0)後，放在cache line 1；memory 1映射到組1(大的cache line 1)後，放在cache line 2；memory 4映射到組0(大的cache line 0)後，放在cache line 0。
這種映射可以把相關的代碼數據都放在cache，同時查找也方便點，因爲一個組裏面的cache line數量比較少。這種方式也算是可以達成最初的期望：最近經常訪問的數據都在cache裏面，並且查找也要快速。