2、直接映象及其变换
直接映象方式是一种最简单的方法。主存中的一块只能映象到Cache的一个确定块中。假设主存的块号为B，Cache的块号为b，则它们之间的映象关系可以表示为：
b＝B mod Cb
其中，Cb是Cache的块数。
直接映象方法的映象关系如图5.26所示。把主存按Cache的大小分成区，在一般情况下，主存的容量是Cache容量的整倍数。主存每一个分区内的块数与Cache的总块数正好相等。直接映象方式只能把主存各个区中相对块号相同的那些块映象到Cache中同一块号的那个确定块中。例如，主存的块0只能映象到Cache的块0中，主存的块1只能映象到Cache的块1中。同样，主存区1中的块Cb（在区1中的相对块号是0）也只能映象到Cache的块0中。另外，Mb是主存的块数，Me是主存的区数。
在程序执行过程中，当要访问Cache时，为了实现主存块号到Cache块号的变换，需要有一个存放主存区号的小容量存储器。这个存储器的容量与Cache的块数相等，字长为主存地址中区号E的长度，另外再加一个有效位。
直接映象方式的地址变换过程如图5.27所示。首先用主存地址中的块号B去访问区号存储器（按地址访问）。把读出来的区号与主存地址中的区号E进行比较，根据比较结果和与区号在同一存储字中的有效位情况作相应的处理。
如果区号比较结果相等，有效位为"1"，则Cache命中，表示要访问的那一块已经装到Cache中了，这时的Cache地址是正确的。用这个Cache地址去访问Cache，把读出来的数据送往CPU。其它情况均为Cache没有命中，或称为Cache失效，表示要访问的那个块还没有装到Cache中，这时，要去访问主存储器，把读出来的一个字送往CPU。同时，把包括被访问字在内的一块都从主存储器中读出来。
如果区号比较结果相等，有效位为"0"，表示Cache中的这一块已经被作废，这时，要把从主存中读出来的新块装到Cache中，并且把有效位置"1"即可。如果区号比较结果不相等，有效位为"0"，表示Cache的这一块是空的。这时，只要把从主存中读出来的新块装到Cache中，并把有效为置"1"即可。另外，还要把主存区号写到区号存储器的相应单元中。
如果区号比较结果不相等，有效位为"1"，表示原来在Cache中存放的那一块是有用的，这时，必须先把Cache中的这一块写回到主存储器中原来存放它的存储单元中，腾出地方来，才能把从主存中读出的新块装到Cache中。另外，也要把主存区号写到区号存储器的相应单元中。
为了提高Cache的访问速度，可以把图5.27中的区号存储器与Cache合并成一个存储器，如图5.28所示。这样，用主存地址中的块号B访问Cache，把区号和这一块的所有数据同时都读出来。由于Cache中一块的字数很少（1至16个），通过一个多路选择器，在块内地址的控制下，把所需要的那个字选出来送往CPU。如果Cache没有命中，处理方法与图5.27中的相似。
图5.28所示的Cache，它的访问速度要比图5.27的快得多，多路选择器的实现也比较容易。在前面介绍的并行和交叉访问存储器中，从多个存储体中读出的数据也采用多路选择器输出。两个多路选择器是完全相同的。
直接映象方法的优点是硬件实现很简单，不需要采用相联访问的存储器，访问速度也比较快。实际上，采用直接相联方式的Cache不需要进行地址变换，因为主存地址的低位部分就是Cache的地址。
直接映象方式的主要缺点是块的冲突率比较高。当主存中的两个或两个以上块都映象到Cache的同一块中，而这些块又都是当前的常用块时，Cache的命中率会很低。这时，即使Cache中还有很多空闲的块，也帮不上忙。
在IBM370/158等计算机中采用直接映象方式。