计算机体系结构第五章练习题参考解答 (2).pdf
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2023-03-30
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计算机体系结构第五章练习题参考解答
第 五 章
5.34 在一个采用组相联映象方式的 Cache 存储系统中，主存由 B
0
～B
7
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：B
6
，
B
2
，B
4
，B
1
，B
4
，B
6
，B
3
，B
0
，B
4
，B
5
，B
7
，B
3
。
(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
0
、C
1
、C
2
和 C
3
，列出程序执行过程中的 Cache 块地址流。
(5)若采用 FIFO 替换算法，计算 Cache 的块命中率。
(6)若采用 LRU 替换算法，计算 Cache 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：
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
主存按 Cache 的大小分区，现主存有 8 个块，Cache 有 2×2=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0～7 与 Cache 块 0～3 之间的映象关系为：主存块
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）。
时间： 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
主存块地址流： B
6
B
2
B
4
B
1
B
4
B
6
B
3
B
0
B
4
B
5
B
7
B
3
Cache 块地址流： C
2
C
3
C
0
C
1
C
0
C
2
C
2
C
0
C
0
C
0
C
3
C
2
（5）组内替换算法采用 FIFO 时，Cache 块 0～3 的使用过程如下表所示。
时间： 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
主存块地址流： B
6
B
2
B
4
B
1
B
4
B
6
B
3
B
0
B
4
B
5
B
7
B
3
Cache 块 0
4 4* 4* 4* 4* 0 0* 5 5 5
Cache 块 1
1 1 1 1 1* 4 4* 4* 4*
Cache 块 2
6 6* 6* 6* 6* 6* 3 3 3 3 3* 3*
Cache 块 3
2 2 2 2 2 2* 2* 2* 2* 7 7
命中 命中 命中
可见命中三次，Cache 块命中率为 H
i
= 3/12 = 0.25。
（6）组内替换算法采用 LRU 时，Cache 块 0～3 的使用过程如下表所示。
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