系統(tǒng)結構第三章答案存儲系統(tǒng)

1、一、在頁式虛擬存儲器中，一個程序由 04 共 5 個虛頁組成，在程序執(zhí)行過程中，訪存虛頁地 址流為： 0，1，0 ，4，3，0 ，2，3，1 ，3假設分配給這個程序的主存空間有 3 個實頁，分 別采用 FIFO 、LRU 和OPT 替換算法進行替換調度。（1 ）分別畫出 3 種替換算法對主存 3 個實頁位置的使用過程。（2 ）分別計算 3 種替換算法的主存命中率。解（1 ）分別用 FIFO 、LRU 和OPT 替換算法對主存 3 個實頁位置的使用過程如圖（2 ）由使用過程可得：FIFO 替換算法的主存命中率為： H1=2/10=0.20；LRU 替換算法的主存命中率為：H2=4/10=0.40

2、； OPT 替換算法的主存命中率為： H3=5/10=0.50 。二、有一個 Cache 存儲器，主存有 8 塊（ 07 ），Cache 有4 塊（ 03 ），采用 組相聯映像，組內塊數為 2 塊。采用 LRU 替換算法1 ）寫出主存地址和 Cache 地址的格式，并指出各字段的長度2 ）指出主存各塊與 Cache 各塊之間的映像關系。3 ）某程序運行過程中，訪存的主存塊地址流為：地址格式為：1，2，4，1 ，3，7 ，0，1，2 ，5，4 ，6 ，4 ，7 ，2說明該程序訪存對 Cache 的塊位置的 使用情況，指出發(fā)生塊失效且塊爭用的時刻，計算 Cache 命中率。解：（1 ）采用組相聯映

3、像時，主存地址格式和 Cache主存按 Cache 大小劃分為區(qū)，主存容量為 8 塊， Cache 容量為 4 塊，故主存分為 2 個 區(qū)，區(qū)號 E 的長度為 1 位。組內有 2 塊，故組內塊號 B 和b 的長度都是 1 位。 Cache 被分為2 組，故組號 g 的長度是 1 位；主存的一個區(qū)也被分為 2 組，故區(qū)內組號 G 的長度也是 1 位。塊內地址 W 和 w 的長度由塊的大小確定， 由本題給出的條件， 不能確定塊的大小， 因而不能確定 W 和 w 的長度。（2 ）組相聯映像規(guī)定：主存的組到 Cache 的組之間是直接映像，對應組的塊之間是全相聯映 像。因此，主存塊 07 與Cache

4、 塊03 之間的映像關系如圖 4.15 所示。可得出主存塊 07 與Cache 塊03 之間的映像關系是： 主存塊0、1、4、5 只能裝入 Cache 塊0、1 的任何塊位置上 主存塊 2、3、6、7 只能裝入 Cache 塊 2、3 的任何塊位置上意的是：當裝入 Cache 塊 04.16 所示。需要注和塊 1 位置上的主存塊發(fā)生塊沖突時，就要由替換算法指定其中的被替換主存塊；當裝入 Cache 塊2 和塊 3 位置上的主存塊發(fā)生塊沖突時，也要由替換算法 指定其中的被替換主存塊。因此，當 Cache 的 4 個塊位置（ 03 ）都被裝入時，其中的 2 個 主存塊就會被指定為被替換塊。在圖 4

5、.16 中用星號“ * ”標示被替換算法指定的被替換塊。發(fā)生塊失效且塊爭用時需要進行替換，在 Cache 使用過程中，發(fā)生塊失效且塊爭用的時刻有： t6, t7, t9, t10, t11, t12, t14, t15 。命中3 次：在t4 時，命中 Cache 塊0 位置上的主存 塊1 ；在t8 時，再次命中主存塊 1 ；在t13 時，命中Cache 塊0 位置上的主存塊 4 。Cache 命 中率為 H=3/15=0.20 。三、假設某程序不計訪存時間的指令執(zhí)行時間都為 2 個時鐘周期， 平均每條指令訪存 1.33 次。 增設Cache 后，程序訪存命中 Cache 的概率為98% ，命中

6、Cache 時指令用于訪存所需時間為 2 個時鐘周期， 未命中 Cache 時指令用于訪存所需時間為 50 個時鐘周期。 請分別計算不設置 Cache 和增設 Cache 兩種情況下的程序的指令平均執(zhí)行時間(指令平均時鐘周期數) ，以及增 設 Cache 相對于不設置 Cache 的加速比。解 : 不設置 Cache 時，平均每條指令訪存所需時間為：50 ×1. 33=66 . 5 時鐘周期不計訪存時間的指令平均執(zhí)行時間為 2 個時鐘周期，所以，包括訪存時間在內的指令執(zhí)行的平 均時鐘周期數為：CPIM= 66 . 5+2 = 68 . 5 時鐘周期增設 Cache 后，平均每條指令一次訪存所需時間為：T = HTc+(1 H)TM= 0 . 98 × 2+(10 . 98) × 50=2 .96 時鐘周期包括訪存時間在內的指令執(zhí)行的平均時鐘周期數為：CP