(完整)计算机体系结构第五章练习题参考解答

1、（完整）计算机体系结构第五章练习题参考解答（完整）计算机体系结构第五章练习题参考解答编辑整理:尊敬的读者朋友们：这里是精品文档编辑中心，本文档内容是山我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们 对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（完整）讣算机体系结构第五 章练习题参考解答）的内容能够给您的工作和学习带来便利。同时也真诚的希望收到您的建议和 反馈，这将是我们进步的源泉，前进的动力。本文可编辑可修改，如果觉得对您有帮助请收藏以便随时查阅，最后祝您生活愉快业绩进步，以 下为（完整）计算机体系结构第五章练习题参考解答的全部内容。（完整）计算机体系结构第五章练习题参考解答第

2、五章5o 34在一个采用组相联映象方式的Cache存储系统中，主存由B。B?共8块 组成，Cache有2组，每组2块，每块大小为16B.在一个程序执行过程中，访存的主 存块地址流为：B6,B4, Bi, B4, B6, B3, Bo, B4, B5, B7, B30（1）写出主存地址的格式，并标出各字段的长度。（2）写出Cache地址的格式，并标出各字段的长度。（3）指出主存与Cache之间各个块的映象关系。（4）若Cache的4个块号为C。、G、C2 C3,列出程序执行过程中的Cache块地址流。（5）若釆用FIFO替换算法，计算Cache的块命中率。（6）若采用LRU替换算法，计算Cach

3、e的块命中率。（7）若改为全相联映象方式，再做（5）和（6）。（8）若在程序执行过程中，每从主存装入一块到Cache,平均要对这个块访问16次,计算在这种情况下的Cache命中率。解：（1）（2）采用组相联映象时,主存和Cache地址的格式分别为：主存按Cache的大小分区， 现主存有8个块，Cache有2X2二4个块， 则主存分为8/4=2个区，区号E的长度为1位。又每区有2个组，则组号G、g的长度都为1位。 而每组有2个块，则块号B、b的长度又都为1位。每块大小为16个存储字,故块内 地址W、w的长度都为4位.（3）根据组相联映象的规则，主存块07与Cache块03之间的映象关系为： 主存

4、块0、1、4、5与Cache块0、1之间全相联，主存块2、3、6、7与Cache块2、3之间全相联。（4）根据组相联映象的规则，该主存块地址流相应的一种Cache块地址流如下 表所示（组内替换算法为FIFO）.（5）组内替换算法采用FIFO时，Cache块03的使用过程如下表所示。时间：123456789101112区号 E区内组号 G 主存组内块号 B 块内地址 W组号 g 组内块号 b 块内地址 w时间：12主存块地址流：BiB4B6B5 B7B3Cache块地址流：CiCo C2123456789101144*4* 4*4*00*55511111*44*4*4*B6BaC2C2B2BoB

5、4B4Co主存块地址流：B6B2B4BiBAB6B3BoB4BsB7B3（7）全相联映象的规则是主存块07可装入Cache块03的任一块上。当替换算法采用FIFO时,Cache块03的使用过程如下表所示。时间：12345678910 1112主存块地址流：B6B2B# Bj B4B6B3BoB4B5B7B3Cache块0Cache块1Cache块2Cache块3命中命中命中命中可见命中四次，Cache块命中率为Hi二4/12二0. 33o当替换算法采用LRU时，Cache块03的使用过程如下表所示.时间：12345678910 1112主存块地址流：B6B2B4BiB4B6B3Bo B4B5B

6、7B3表所示。412B1BB6B3Cache块0Cache块1Cache块2Cache块36666*6*6*33333*3*222222*00000444444*4*5551111111*77B6B4命中命中可见命中四 率为Hs二4/12二6666*6*6666*555222223333*77210B2B5311B7次,Cache块命中0o 33o间:时命中命中命中可见命中三次,Cache块命中率为比=3/12 = 0。25。(8)当命中三次时，Cache的命中率为H, = (12X16-9) / (12X16) 1,当 命中四次时,Cache的命中率为秋=(12X16-8) / (12X16

7、)仁5. 35在某釆用全相联映象、相联目录表实现地址变换Cache存储器中，Cache的容量是2CB,主存是由m个存储体组成的低位交叉访问存储器，主存总容量 是2-B,每一个存储体的字长是w位，。(1)画出地址变换图.(2)写出主存地址和Cache地址的格式，并标出各字段的长度.(3)说明目录表的行数、相联比较的位数和目录表的宽度。解：(1)地址变换图见P243的图520o(2)采用全相联映象时，主存和Cache地址的格式分别为:主存块号 B块内地址 W组内块号 b 块内地址 w主存和Cache单元数分别为：8X27W. 8X27W,相应的地址长度分别为：I og2(8 X2M/W)二M+3-

8、log2W、I og2(2c/w) =C+3-1 og2w.块的大小为ni个存储字，则主存和Cache的块内地址长度均为：Iog2fn,所以主存 和Cache的块号长度分别为：(M+3-1og2w) log2m = M+3I og2wm(C+3-1 og2w) - I og2m =C+3log2wnio(3)相联目录表的行数为Cache的块数即Cb=2(c+3-|oe2m)=2c+3/wm;相联比较的位数 为主存块号长度，即M+3-Iog2wm；目录表的宽度(位数)为主存块号长度、Cache块 号长度和有效位的和,即M+3_I og2wm + C+3I og2wm +1 = M+C+6-2 I

9、 og2wm +1(有效 位一位)。5. 38一个采用组相联映像方式的Cache共有8块，分为两组，用硬件比较对 法实现LRU块替换算法。(1)共需要多少个触发器和多少个与门？(2)画出其中一组的逻辑图.解：(1)设组内块数为P，则触发器的个数为：Cp2=p (p1) /2. Cache有8块 分为二组，每组4个块，则每组需要触发器的个数为:4 (4-1) /2=6,所以共需要触（完整）计算机体系结构第五章练习题参考解答*444444*4444*1111*0000*3(完整)计算机体系结构第五章练习题参考解答Cache块0Cache块1Cache块2Cache块3发器为6X2=12.与门的个数

10、为组内块数为P二4,与门输入端数为p-1=3o（2）有效比较对有:AB、AC、AD、BC、BD和CD,比较对触发器的TAB=1表示A比B更近被访问过，TAB二0表示B比A更近被访问过，TAC丁妙、 、TBD和TCD也类似定 义.D最久未被访过的块的逻辑关系为：DLRU= TAO TBDTeoc最久未被访过的块的逻辑关系为：CLRU=TAC. TBC. TeoB最久未被访过的块的逻辑关系为：BLRU= TAB TBC 5A最久未被访过的块的逻辑关系为:ALRU= TAB- % TAD5. 40有一个16KB 4路组相联Cache的32位微处理器，假定该Cache的块为4个32位的字.（1）画出该

11、Cache的结构逻辑图，指出主存地址的不同字段的作用.（2）主存地址为ABCDE8F8的单元在Cache中的什么位置.解：（1）Cache的结构逻辑图见P248的图526。主存地址有区号、区内组号、组内块号和块内地址四个字段，区内组号是按地址访问映像关系表的地址，区号和 组内块号是相联访问映像关系表的特征内容，块内地址是选择块内字的地址。（2）在Cache存储系统中， 主存与Cache的块大小是相同的， 由题可知主存与Cache是字节编址的。则块内单元数为：4X32 / 8 = 16;由于24= 16,则块内地址 的位数4；4路组相联则组内块数为4, 22= 4,组内块号的位数为2；区内组数为

12、：16KB/4X4X4B （32位）二256, 28= 256,则区内组号的位数为8。主存地址为ABCDE8F8“的单元， 其二进制地址为:1010 1011 1110 1101 1110 1000 11111000（主存字节地址为32位）；16KB的Cache二进制地址为14位，则 主存地址中的高18位为区号：1010 1011 1110 1101 11；次高8位10 1000 11为 组号，Cache的组号与主存区内组号不变;最低4位1000为块内地址，Cache的块内 地址与主存块内地址也不变；次低2位为组内块号，由于全相联，则Cache的组 内块号可以是00或01或10或门。因此，主存

13、地址为ABCDE8F8的单元在Cache中的 位置为：10 1000 1100或01或10或门1000o5O44在一个Cache存储系统中，Cache的访问周期为10ns,主存储器的访问(完整)计算机体系结构第五章练习题参考解答周期为60ns,每个数据在Cache中平均重复使用4次.当块的大小为1个字时，存 储系统的访问效率只有0。5,现在要通过增加块大小，使存储系统的访问效率达到0. 94.(1)当存储系统的访问效率为0。5时，计算命中率和等效访问周期。(2)为了使存储系统的访问效率达到0o 94,命中率和等效访问周期应该提高 到多少？(3)为了使存储系统的访问效率从0。5提高到0.94,块的大小至少增加到几 个字？解：(1) e = Tc/ (HXTC+(1H) Tm),由题意可知：Tc=10ns, T =60nsre=0o5, H为命中率，则有H二0.8o而等效访问周期Te二HXTC+ (1 -H)Tm= 20ns。(2)同(1)有H二0。9872、Te=17.552 ns.(3)设块的大小为X,由题意可知一个块的访问次数为4X,访问效率达到0.94的命中率为0。9872, H= (4X-1) /4X,则X=19o 5320,即块的大小至少增加到20个字。5o 57假设在3000次访存中,第一级Cache不命