计算机体系结构问答题第5章

第5章储蓄层次单级储蓄器的主要矛盾是什么？平时采纳什么方法来解决？主要矛盾：速度越快，每位价格就越高。容量越大，每位价格就越低。容量越大，速度越慢。采纳多级储蓄层次方法来解决。讨论储蓄层次的主要参数有哪些？储蓄层次的均匀每位价格、命中率或无效率、均匀接见时间。“Cache-主存”和“主存-辅存”层次的主要差别是什么？储蓄层次“Cache-主存”层次“主存-辅存”层次比较项目目的为了填充主存速度的不足为了填充主存容量的不足储蓄管理的实现所有由专用硬件实现主要由软件实现接见速度的比值几比一几万比一（第一级比第二级）典型的块（页）大小几十个字节几百到几千个字节CPU对第二级的接见方式可直接接见均经过第一级不命中时CPU能否切换不切换切换到其余进度在储蓄层次中应解决哪四个问题？1）映像规则：当把一个块调入高一层储蓄器时，可以放到哪些地址上。2）查找算法：当所要接见的块在高一层储蓄器中时，如何找到该块。3）取代算法：当发生无效时，应取代哪一块。4）写策略：当进行写接见时，应进行哪些操作。地址映像方法有哪几种？它们各有什么优弊端？（1）全相联映像。实现查找的系统复杂，代价高，速度慢。Cache空间的利用率较高，块矛盾概率较低，因此Cache的无效率也低。（2）直接映像。实现查找的系统简单，速度快。Cache空间的利用率较低，块矛盾概率较高，因此Cache的无效率也高。（3）组相联映像。组相联是直接映像和全相联的一种折中。组相联Cache比同样容量的直接映像Cache的无效率低。由此能否可以得出结论：采纳组相联Cache必定能带来性能上的提升？为何？不用然。因为组相联命中率的提升是以增添命中时间为代价的，选择开关。

组相联需要增添多路7.Cache

中，有哪两种实现并行查找的方法？（1）用相联储蓄器实现。（2）用单体多字储蓄器和比较器来实现。8.取代算法有哪几种？它们各有什么优弊端？（1）随机法：简单、易于用硬件实现，但这类方法没有考虑Cache块过去被使用的状况，反响不了程序的局部性，因此其无效率比LRU的高。（2）先进先出法：简单实现。它固然利用了同一组中各块进入Cache的序次这一“历史”信息，但还是不可以正确地反响程序的局部性。（3）近来最少使用法LRU：无效率最低。但是LRU比较复杂，硬件实现比较困难。写策略主要有哪两种？它们各有什么长处？写直抵法：易于实现，并且下一级储蓄器中的数据总是最新的。写回法：速度快，写操作能以Cache储蓄器的速度进行。并且对于同一单元的多个写最后只需一次写回下一级储蓄器，有些“写”只到达Cache，不到达主存，因此所使用的储蓄器频带较低。在写回法中，可采纳什么方法减少在取代时块的写回？常采纳“污染位”标记。即为Cache中的每一块设置一个“污染位”（设在与该块相应的目录表项中），用于指出该块是“脏”的（被修悔悟）还是干净的（没被修悔悟）。取代时，若被取代的块是干净的，则不用写回下一级储蓄器，因为这时下一级储蓄器中相应块的内容与Cache中的一致。当发生Cache写无效时，能否调入相应的块，有哪两种选择？（1）按写分配法：写无效时，先把所写单元所在的块调入Cache，此后再进行写入。这类方法也称为写时取方法。（2）不按写分配法：写无效时，直接写入下一级储蓄器而不将相应的块调入Cache。这类方法也称为绕写法。12.依据

Cache产生无效的原由不同样，可以把无效分为哪三类？强迫性无效、容量无效、矛盾无效。13.3C

无效与

Cache的相联度、容量有什么样的关系？⑴相联度越高，矛盾无效就越少。⑵强迫性无效和容量无效不受相联度的影响。⑶强迫性无效不受Cache容量的影响，但容量无效却跟着容量的增添而减少。⑷2:1的Cache经验规则：大小为N的直接映像Cache的无效率约等于大小为的两路组相联Cache的无效率。

N/2增添Cache块大小必定会降低无效率吗？不用然。对于给定的Cache容量，当块大小增添时，无效率开始是降落，此后反而上升了。主要因为增添块大小会产生两重作用。一方面它减少了强迫性无效；另一方面，可能会增添矛盾无效。15．伪相联的基本思想是什么？采纳这类方法时，在命中状况下，接见Cache的过程和直接映像Cache中的状况同样；而发生无效时，在接见下一级储蓄器从前，会先检查Cache另一个地址（块），看能否匹配。确立这个另一块的一种简单的方法是将索引字段的最高位取反，此后依据新索引去寻找伪相联组中的对应块。假如这一块的表记般配，则称发生了伪命中。不然，就只能接见下一级储蓄器。16．伪相联的长处是什么？伪相联既能获取多路组相联Cache的低无效率又能保持直接映像Cache的命中速度。降低Cache无效率有哪些方法？增添Cache块大小、提升相联度、增添Cache的容量、VictimCache、伪相联Cache、硬件预取技术、由编译器控制的预取、编译器优化。减少Cache无效开支有哪些方法？让读无效优先于写。写缓冲合并。央求字办理技术。非拥堵Cache或非锁定Cache技术。采纳二级Cache。减少Cache命中时间有哪些方法？容量小且结构简单的Cache、虚假Cache、TraceCache、Cache接见流水化。央求字办理技术有哪两种详尽的实现方法？⑴尽早重启动：在央求字没有到达时，CPU处于等候状态。一旦央求字到达，就马上发送给CPU，让等候的CPU尽早重启动，连续执行⑵央求字优先：调块时，第向来储蓄器央求CPU所要的央求字。央求字一旦到达，就马上送往CPU，让CPU连续执行，同时从储蓄器调入该块的其余部分。央求字优先也称为环绕读取或要点字优先。采纳二级Cache的基本思想是什么？经过在原有Cache和储蓄器之间增添另一级Cache，构成两级做得足够小，使其速度和快速CPU的时钟周期相般配，而把第二级它能捕捉更多原来需要到主存去的接见，从而降低实质无效开支。

Cache。把第一级CacheCache做得足够大，使采纳容量小且结构简单的Cache有什么好处？（1）可以有效地提升Cache的接见速度。因为硬件越简单，速度就越快。小容量Cache可以实现快速表记检测，对减少命中时间有利。2）Cache足够小，可以与办理器做在同一芯片上，以防备因芯片外接见而增添时间开支。（3）保持Cache结构简单可采纳直接映像Cache。直接映像Cache的主要长处是可以让表记检测和数据传达重叠进行，这样可以有效地减少命中时间。“虚假索引＋物理表记”Cache的基本思想是什么？直接用虚地址中的页内位移（页内位移在虚实地址的变换中保持不变）作为接见Cache的索引，但表记倒是物理地址。CPU发出访存央求后，在进行虚实地址变换的同时，可并行进行表记的读取。在完成地址变换此后，再把获取的物理地址与表记进行比较。可采纳什么方法提升储蓄器带宽？（1）增添储蓄器的宽度。（2）采纳简单的多体交错储蓄器。3）独立储蓄体。4）防备储蓄体矛盾。增添储蓄器的宽度有什么不足之处？1）它会增添CPU和储蓄器之间的连接通路(平时称为储蓄器总线)的宽度，使其实现代价提升。（2）因为CPU接见Cache依旧是每次接见一个字，因此CPU和Cache之间需要有一个多路选择器，并且这个多路选择器可能会处在关健路径上。主存宽度增添后，用户扩大主存时的最小增量也增添了相应的倍数。在拥有纠错功能的储蓄器中实现对一行(一次可并行读出的数据)中部分数据的写入比较复杂。简述DRAM专用交错结构优化的三种方式。1）